Tính toán phát thải khí thải và ứng dụng hệ mô hình TAPM-AERMOD mô phỏng ô nhiễm không khí từ hệ thống bến cảng tại Thành phố Hồ Chí Minh

Mục đích của nghiên cứu này là (i) tính toán thải lượng các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động cảng của TP.HCM sử dụng mô hình SPD-GIZ như oxit lưu huỳnh (SOX), oxit nitơ (NOX), bụi mịn (PM2.5, PM10), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), cacbon monoxit (CO) từ các hoạt động như tàu biển (Ocean going vessels-OGVs), tàu lai dắt (Harbor CraftsHC),...

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUN SAN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT & MÔI TRƯỜNG, TẬP 2, SỐ 2, 2018 97 Tính tốn phát thải khí thải ứng dụng hệ mơ hình TAPM-AERMOD mơ nhiễm khơng khí từ hệ thống bến cảng Thành phố Hồ Chí Minh Vũ Hồng Ngọc Kh, Phạm Thị Nguyệt Thanh, Hồ Quốc Bằng, Nguyễn Thoại Tâm, Nguyễn Thị Thúy Hằng Tóm tắt— Hệ thống cảng thành phố Hồ Chí Minh gồm 34 cảng có phát thải khí thải, đóng vai trị cửa ngõ miền Nam (bao gồm Đông Nam Bộ Đồng sông Cửu Long) hoạt động xuất nhập Hoạt động cảng biển lĩnh vực đóng góp lượng lớn khí thải vào bầu khí Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) Mục đích nghiên cứu (i) tính tốn thải lượng chất nhiễm khơng khí từ hoạt động cảng TP.HCM sử dụng mơ hình SPD-GIZ oxit lưu huỳnh (SOX), oxit nitơ (NOX), bụi mịn (PM2.5, PM10), hợp chất hữu dễ bay (VOC), cacbon monoxit (CO) từ hoạt động tàu biển (Ocean going vessels-OGVs), tàu lai dắt (Harbor CraftsHC), phương tiện phục vụ bốc dỡ hàng hóa (Cargo handling equipment-CHE) phương tiện giao thông cảng (Heavy trucks-HVs); (ii) Sử dụng mơ hình mơ chất lượng khơng khí TAPMAERMOD để đánh giá ảnh hưởng hoạt động cảng đến chất lượng khơng khí khu vực lân cận; (iii) dựa kết mô đề xuất giải pháp giảm phát thải giảm nhẹ mức độ ô nhiễm Các kết kiểm kê phát thải khí thải cho thấy tổng lượng phát thải cảng khí NOX SOX chủ yếu từ OGVs CHE sử dụng nhiên liệu dầu nặng dầu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh cao Kết cho thấy thời gian lúc tàu neo đậu thời gian phát thải chiếm cao (chiếm 90% tổng phát thải từ OGVs) Từ khóa—Ơ nhiễm khơng khí cảng biển TP.HCM, kiểm kê phát thải, TAPM, AERMOD Ngày nhận thảo: 27-8-2018; Ngày chấp nhận đăng: 10-12-2018; Ngày đăng: 31-12-2018 Vũ Hồng Ngọc Kh, Viện Mơi Trường Tài Nguyên, ĐHQG-HCM (e-mail: vhnk1304@gmail.com ) Phạm Thị Nguyệt Thanh, Ủy ban Nhân dân Phường 6, Quận 10, TP.HCM (e-mail: nguyetthanhpham93@gmail.com) Hồ Quốc Bằng, Viện Môi Trường Tài Nguyên, ĐHQGHCM (e-mail: quocbang@yahoo.com) Nguyễn Thoại Tâm, Viện Môi Trường Tài Nguyên, ĐHQG-HCM (e-mail: thoaitam1986@gmail.com ) Nguyễn Thị Thúy Hằng, Viện Môi Trường Tài Nguyên, ĐHQG-HCM (e-mail: hangnguyen6769@gmail.com) GIỚI THIỆU ảng biển hệ thống cảng biển đầu mối giao thông quan trọng Quốc gia, vùng lãnh thổ địa phương, trung tâm thương mại, trung tâm công nghiệp dịch vụ Hàng hải Sự hình thành phát triển cảng biển có quan hệ mật thiết với phát triển kinh tế vùng hấp dẫn địa phương có cảng Hệ thống cảng TP.HCM giữ vai trị quan trọng hệ thống cảng biển Việt Nam Theo quy hoạch phê duyệt, công suất hệ thống cảng TP.HCM đạt khoảng 105 – 132 triệu tấn/năm; năm 2030 khoảng 160 – 271 triệu tấn/năm [1] Bên cạnh tác động tích cực phát triển kinh tế xã hội, trình xây dựng hoạt động cảng biển gây nhiều tác động tiêu cực không quan tâm đầy đủ ảnh hưởng xấu đến môi trường vùng cảng chí vùng biển đất nước Việc nghiên cứu cảnh báo tác động tiêu cực mơi trường xung quanh q trình xây dựng khai thác cảng biển sở quan trọng để đưa giải pháp phòng ngừa giảm thiểu tác động đảm bảo cho phát triển kinh tế xã hội bền vững [2] Nghiên cứu Cục Đường thủy nội địa Việt Nam cho thấy cảng đường thủy tồn quốc ngày có tác động xấu, nghiêm trọng đến mơi trường Trong đó, việc xử lý ô nhiễm môi trường thực tế bị xem nhẹ, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động để C 98 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: SCIENCE OF THE EARTH & ENVIRONMENT, VOL 2, ISSUE 2, 2018 lại hậu lâu dài cho hoạt động giao thông vận tải (GTVT) môi trường sống [3] Nghiên cứu đánh giá hệ thống cảng thuộc TP.HCM gồm 34 cảng Mục tiêu nghiên cứu là: (i) Tính tốn phát thải khí thải từ hoạt động cảng; (ii) Đánh giá tác động nhiễm khơng khí từ cảng đến khu vực xung quanh; (iii) Nghiên cứu xây dựng giải pháp giảm nhiễm khơng khí đặc biệt giảm hạn chế hàm lượng SO2 nguồn nhiên liệu cho tàu biển Hình Vị trí hệ thống cảng Thành phố Hồ Chí Minh PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu: Tính tốn mơ chất ô nhiễm không khí như: oxit lưu huỳnh (SOX), oxit nitơ (NOX), bụi mịn (PM2.5, PM10), hợp chất hữu dễ bay (NMVOC), cacbon monoxit (CO) từ hoạt động loại tàu thuyền, phương tiện bốc dỡ hàng hóa phương tiện giao thơng cảng cảng biển TP.HCM Các hoạt động phát thải từ bến cảng Tàu biển (Ocean going vessels-OGVs); Tàu lai dắt (Harbor Crafts-HC); Phương tiện phục vụ bốc dỡ hàng hóa (Cargo handling equipment-CHE) Phương tiện giao thơng cảng (Heavy trucks-HVs) 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34 cảng biển hệ thống cảng Thành phố Hồ Chí Minh có phát sinh khí thải, Hình thể vị trí khu vực Cảng TP.HCM [4] Theo hướng dẫn quan Hợp tác phát triển Cộng hịa Liên bang Đức (GIZ) tính tốn phát thải khí thải từ cảng cần tính phát thải cho hoạt động phát sinh từ bến cảng phần đất liền khu vực cảng khu vực có hoạt động phát thải bề mặt nước phạm vi trước cảng 500 m sau cảng 500 m [5, 6], thể Hình Nếu khu vực có nhiều bến cảng tiến hành tính phát thải số cảng đại diện, sau dựa vào cơng suất cảng cịn lại để tính phát thải theo quy tắc tam suất Vì vậy, nghiên cứu bến cảng sau tính phát thải chi tiết bến cảng Cát Lái, Tân cảng Hiệp Phước, bến cảng Tân Thuận 1, bến cảng Tân Thuận 2, bến cảng Sài Gòn Hiệp Phước bến cảng Nhà Rồng Khánh Hội Hình Phạm vi tính tốn phát thải cảng biển Màu đỏ khu vực cảng đất liền, phần ca rô màu nâu phát thài mặt nước 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tính phát thải khí thải có nhiều phương pháp khác để tiến hành kiểm kê phát thải cho bến cảng [6] Nghiên cứu ứng dụng hệ mơ hình SMOKE để tính tốn mơ phát thải cháy rừng, sau ứng dụng mơ hình CMAQ để mơ lan truyền nhiễm khơng khí [7] Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh để tính tốn phát thải đơn vị diện tích khu vực, áp dụng tính cho Bang California, phương pháp ước lượng phát thải cho quy mô lớn châu lục hay khu vực Tuy nhiên kết phương pháp chưa kiềm chứng có độ xác cao hay không [8] Mỗi phương pháp phụ thuộc thời gian, tài lực khác nhau, phương pháp thay đổi tùy theo điều kiện liệu đầu vào có Trong số trường hợp, việc kiểm kê phát thải phát triển cách sử dụng liệu ngoại suy [9] Để tính tốn lượng phát thải khí cho hệ thống cảng TP.HCM, tác giả thực sử dụng phương pháp Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ - US EPA [10], cụ thể sau: TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUN SAN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT & MÔI TRƯỜNG, TẬP 2, SỐ 2, 2018 - Đối với tàu biển (OGVs): Theo hướng dẫn US EPA (2009) đề xuất cách tiếp cận tính phát thải khí cảng cơng thức: E = P * LF *A * EF [8] Trong đó: E: Lượng phát thải khí thải (g), P: Cơng suất động (kW), LF: Hệ số tải động (%), A: Thời gian hoạt động (h), EF: Hệ số phát thải (g/kWh) Hệ số phát thải tham khảo từ hướng dẫn Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA, 2009) Hệ số tải động tính cơng thức: LF = (AS / MS)3 [3] Trong đó: LF: Hệ số tải động chính; AS: Tốc độ thực tế (hải lý); MS: Tốc độ tối đa (hải lý) - Đối với loại hoạt động Khí thải tính tốn cho loại sử dụng công thức: E = N * P * LF * A * EF [8] Trong đó: E: Tải lượng phát thải (g), P: Cơng suất máy (kW), LF: Hệ số tải động (%), N: Số thiết bị; EF: Hệ số phát thải (g/kWh); A: Thời gian hoạt động (giờ) Số liệu: - Đối với phương tiện bốc dỡ hàng hóa (CHE): thu thập liệu gồm loại phương tiện (cần cẩu cố định (gantry crane), xe nâng (forklift), đầu kéo, xe cẩu (reach stacker), cần cẩu di động (crane)), số lượng, năm sản xuất, công suất động (kW), hệ số tải (%), thời gian hoạt động (h), hệ số phát thải (g/kWh) (Bảng 1) 99 Bảng Ví dụ thơng tin cần thu thập từ bến cảng cho CHE Loại CHE Số lượng Cấp phát thải Tuổi máy Gottwald Crane 10 CHE PPM Reach Stacker 15 CHE KOMATSU 16 Forklift 17 Tên CHE CHE - Đối với phương tiện giao thông cảng (Heavy trucks): chủ yếu xe tải nặng xe tải nhẹ Các liệu thu thập bao gồm: số lượng, chiều dài đoạn đường chạy cảng (km), thời gian xe chạy cảng (h), vận tốc xe chạy (km/h) hình thức vấn trực tiếp cảng (Bảng 2) Bảng Ví dụ thông tin cần thu thập từ bến cảng cho xe tải cảng Khoảng cách xe chạy (km) Số lượng Xe tải Tốc độ trung bình (km/h) Thời gian chạy (h) Xe tải nhẹ 3936 0,45 9,0 1,10 Xe tải nặng 15000 0,43 8,6 1,25 - Đối với tàu biển: liệu hoạt động cảng sử dụng tính tốn bao gồm tên OGV, ngày đến, ngày khởi hành, danh mục hàng hóa (tàu chở container, tàu chở hàng xá, tàu chở hàng đóng kiện, tàu chở khách), GRT (trọng lượng), DWT (tải trọng), nhiên liệu chạy máy, v.v Một số liệu thu thập trình vấn thời gian tốc độ RSZ (khu vực giảm vận tốc), thời gian tốc độ chế độ Maneuver (tàu vào cảng), thời gian tốc độ, thời gian hotelling (tàu neo cảng) v.v… (Bảng 3) Bảng Thông tin thu thập cho số OGVS cảng Nhiên liệu Thông tin tàu Tên tàu HUNG CUONG 168 HUNG CUONG 168 HUNG CUONG 168 Loại tàu Số lượng Container_Ship Container_Ship Container_Ship Động Động phụ SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S RO 2,7%S RO 2,7%S RO 2,7%S Vận hành Mode Thời gian Mode Vận tốc thực tế mode (knots) Vận tốc thường (knots) Vận tốc tối đa (knots) Cơng st động (kW) RSZ 0,60 2,16 11,3 11,8 30900 Maneuver 0,53 0,539 11,3 11,8 30900 Hotel 66,50 11,3 11,8 30900 100 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: SCIENCE OF THE EARTH & ENVIRONMENT, VOL 2, ISSUE 2, 2018 Nhiên liệu Thông tin tàu Loại tàu Số lượng HOA BINH 36 General_Cargo HOA BINH 36 General_Cargo HOA BINH 36 General_Cargo Cruise_Ship Vận hành Mode Thời gian Mode Vận tốc thực tế mode (knots) Vận tốc thường (knots) Vận tốc tối đa (knots) Công suát động (kW) Động Động phụ SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S RO 2,7%S RO 2,7%S RO 2,7%S RSZ 0,60 2,16 7,7 9,4 980 Maneuver 0,53 0,539 7,7 9,4 980 Hotel 155,50 7,7 9,4 980 SSD RO 2,7%S RO 2,7%S RSZ 0,60 2,16 7,9 8,7 39600 Cruise_Ship SSD RO 2,7%S RO 2,7%S Maneuver 0,53 0,539 7,9 8,7 39600 Cruise_Ship SSD RO 2,7%S RO 2,7%S Hotel 23,50 7,9 8,7 39600 VINH Bulk_Carrier 0,60 2,16 10,2 10,8 8000 Bulk_Carrier Maneuver 0,53 0,539 10,2 10,8 8000 VINH Bulk_Carrier RO 2,7%S RO 2,7%S RO 2,7%S RSZ VINH SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S SSD RO 2,7%S Hotel 18,50 10,2 10,8 8000 Tên tàu THINH CUONG VICTORY THINH CUONG VICTORY THINH CUONG VICTORY Nguồn: Thu thập cảng Sài Gịn, 2017 2.3 Phương pháp mơ khí tượng TAPM Mơ hình TAPM mơ hình thuộc Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp Khoa học Úc – Common wealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) Mô hình dùng để mơ điều kiện khí tượng nồng độ nhiễm khơng khí khơng gian chiều Đây hai chức mơ hình Vì mơ hình sử dụng cơng cụ hỗ trợ khí tượng cho mơ hình lan truyền chất nhiễm khơng khí, đặc biệt tập tin khí tượng đầu vào cho mơ hình AERMOD Mơ hình TAPM ứng dụng nhiều nơi giới nghiên cứu “Mơ hình hố khơng khí thị lâu năm, độ phân giải cao: xác minh dự báo TAPM khói bụi hạt bụi Melbourne, Úc” [11] Nghiên cứu Ashok CS ứng dụng mơ hình TAPM để kiểm kê phát thải chất gây ô nhiễm bang Victoria khu vực cảng Phillip, kết TAPM hiệu chỉnh kiểm định có kết tốt, kết kiểm mô khí tượng có hệ số tương quan tốt [12] 2.4 Mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD Mơ hình AERMOD - The AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD) đặc biệt thiết kế để hỗ trợ cho chương trình quản lý Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) Mơ hình gồm thành phần: AERMOD (Mơ hình phân tán AERMIC), AERMAP (Cơng cụ địa hình AERMOD) AERMET (Cơng cụ khí tượng AERMOD) Từ năm 1991, mơ hình AERMOD phát triển Cơ quan Khí tượng Cục Bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ Một nhóm nhà khoa học (gọi tắt AERMIC) hợp tác xây dựng mơ hình AERMOD AERMOD sử dụng thức vào 9/12/2005 sau 14 năm nghiên cứu hồn thiện Mơ hình AERMOD gồm loạt lựa chọn cho việc mô chất lượng khơng khí tác động nguồn thải, xây dựng lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng Hình Số liệu đầu vào, bước nội dung thực mơ hình AERMOD AERMET xử lý liệu khí tượng bề mặt tầng khác nhau, cho phép tính tham số đặc trưng khí theo mơ hình Monin – Obukhov Tập tin khí tượng gồm hai loại tập tin sau: surface met data file (*.sam) số liệu quan trắc ghi nhận sau bao gồm loại liệu sau: hướng gió, vận tốc gió, nhiệt TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT & MÔI TRƯỜNG, TẬP 2, SỐ 2, 2018 độ khơng khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, lượng mưa, độ che phủ mây, xạ mức trời; file upper air met data file (*.ua) liệu quan trắc lần ngày vào lúc GMT (7:00 LST) 12 GMT (19:00 LST) bao gồm liệu độ cao xáo trộn AERMAP tích hợp mơ hình có liên quan tới địa hình, ảnh hưởng vệt khói tiếp xúc với bề mặt đồi núi AERMET kết hợp liệu từ WebGIS để tạo tập tin địa hình cho mơ hình Từ liệu trên, AERMOD đưa kết mơ dạng hình ảnh khơng gian chiều, chiều xuất thông qua Google Earth, giúp người dùng dễ dàng nhận thấy tác động khí thải lên khu vực khảo sát 101 mức độ ảnh hưởng khơng khí khu vực xung quanh - Kết phát thải tàu lớn Phát thải từ ba cảng điển hình Tân Thuận (Hình 4), Tân Thuận (Hình 5) cảng Tân cảng Hiệp Phước (Hình 6) cho thấy hầu hết lượng khí thải cảng chủ yếu khí NOx SOx từ hoạt động OGV CHE, lượng phát thải giai đoạn tàu lưu lại (hotelling mode) cảng neo phát thải lớn so với thời gian tàu vào cảng thời gian tàu tiến tới neo (chiếm 80% tổng thời gian phát thải) * Để thực mơ hình AERMOD ta cần phải chuẩn bị số liệu đầu vào cho mơ mơ tả Hình bước nội dung thực mơ hình AERMOD 2.5 Phương pháp hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Các cơng thức thống kê sử dụng để đánh giá độ xác mơ hình với Pi giá trị mơ Oi giá trị quan trắc: Ghi chú: NOx: NO + NO2 Hình Biểu đồ phát thải cảng Tân Thuận (CSG) - Sai số mô phỏng, %: S = 100.│Pi - Oi│/Oi [6] - Hệ số R để đánh giá tương quan giá trị mô quan trắc: [10] Ghi chú: NOx: NO + NO2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình Biểu đồ phát thải cảng Tân Thuận (CSG) 3.1 Kết tính tốn phát thải Kiểm kê khí thải cho hoạt động cảng biển thành phố có nhiều cảng tính tốn cho số cảng điển hình; cảng cịn lại tính phát thải dựa cơng suất hoạt động cảng dựa số liệu tính tốn phát thải cảng tính quy tắc tam suất [7] Các cảng tính phát thải trực tiếp Cảng Cát Lái, Tân cảng Hiệp Phước, Cảng Tân Thuận 1, Cảng Tân Thuận Các cảng cịn lại tính theo hướng dẫn GIZ, 2011 [7] Kết tính phát thải khí thải từ cảng đại diện làm sở để ngoại suy tính tốn cảng lại Cụ thể, cảng lại tính theo quy tắc tam suất dựa cơng suất cảng tính tính Qua đưa đánh giá, so sánh mức độ phát thải khí thải Ghi chú: NOx: NO + NO2 Hình Biểu đồ phát thải cảng Tân cảng Hiệp Phước (TCSG) Trong đó, khí thải từ hoạt động OGV CHE chiếm 98% tổng lượng khí thải SOx cảng tương tự NOx chiếm 87%, bụi (PM2.5 PM10) chiếm 95% so với tổng phát thải chất ô 102 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: SCIENCE OF THE EARTH & ENVIRONMENT, VOL 2, ISSUE 2, 2018 nhiễm hoạt động Nguyên nhân OGV CHE phát thải khí thải chiếm 87% hoạt động cảng cho hầu hết chất ô nhiễm không khí sử dụng nhiên liệu DO dầu nặng với hàm lượng lưu huỳnh cao Ngoài ra, OGV chạy động phụ khoảng thời gian lưu lại cảng, phát thải từ động nhỏ thời gian dài vận hành động nên phát thải lớn Số liệu phát thải đầu vào cho mơ hình AERMOD trình bày Bảng 4, đơn vị g/s.m2 3.2 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình khí tượng TAPM Nghiên cứu tiến hành mơ khí tượng, hiệu chỉnh kiểm định kết mơ hình khí tượng TAPM thơng qua giá trị đo đạc khí tượng thực tế trạm Tân Sơn Hòa TP.HCM từ ngày 01/02/2017 đến ngày 15/4/2017 (Hình 7) Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình khí tượng có giá trị R2 0,64 phù hợp với giá trị quan trắc để làm đầu vào cho mơ hình mơ lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD (Hình 8) Bảng Tỉ lệ phát thải đơn vị diện tích 34 cảng thuộc TP.HCM năm 2016 Chất ô nhiễm Phát thải [g/s/m2] NOx 0,00067614 CO 0,00013144 PM2.5 0,00004628 PM10 0,00004972 SOx 0,00030400 Kết cho thấy phát thải từ tàu container lớn (chiếm 50 % tổng phát thải từ hoạt động tàu biển) Vì vậy, đề xuất phương pháp giảm thiểu phát thải tập trung vào nguồn thải từ hoạt động tàu biển Nhìn chung, phát thải từ hoạt động tàu lai dắt hầu hết từ tàu kéo, tàu kéo phương tiện phổ biến để dắt tàu biển lớn cặp cảng sử dụng nhiên liệu dầu nặng (Heavy Fuel Oil) để chạy máy nên phát thải lớn CO2, NOx SOx - Kết phát thải phương tiện bốc dỡ hàng hóa Trong loại phương tiện bốc dỡ hàng hóa cần cầu nguồn phát thải lớn (chiếm 55 %), xe đầu kéo (20 %), xe cẩu (10 %), xe nâng (10 %) cổng cẩu hay gọi cần cẩu ngang (chiếm %) Các loại phương tiện chủ yếu phát thải CO2, NOx CO - Kết phát thải phương tiện giao thông Từ biểu đồ cho thấy, phát thải từ nguồn giao thông cảng hoạt động xe tải nặng, chủ SOx, NOx, N2O CO2 Trong cảng Tân Cảng Cát Lái phát thải lớn nhất, chức cảng Tân Cảng Cát Lái cảng container nên thu hút nhiều lượt xe vào cảng (khoảng 20.000 xe/ngày vào cảng) Hình So sánh nhiệt độ mơ quan trắc trạm Tân Sơn Hịa từ tháng đến tháng năm 2018 Hình Kiểm định nhiệt độ mô quan trắc trạm Tân Sơn Hòa từ tháng đến tháng năm 2018 3.3 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD Hiệu chỉnh kiểm định kết mơ hình AERMOD thơng qua giá trị đo đạc chất lượng khơng khí thực tế cảng Tân Thuận tháng 05/2017 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình AERMOD trung bình 8,92 % (dao động từ 413,84 %), đủ điều kiển để mô truyền ô nhiễm hệ hống cảng TP.HCM Kết xuất từ mơ hình mơ lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD hình bên kết cao cho giờ, trung bình 24 trung bình năm mặt đất Sau so sánh kết mơ với quy chuẩn Việt Nam cho chất TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT & MÔI TRƯỜNG, TẬP 2, SỐ 2, 2018 103 nhiễm khơng khí xung quanh (Quy chuẩn Việt Nam QCVN 05:2013/BTNMT) 3.4 Kết mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD - Kết mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD cho CO Hình 11 Bản đồ nồng độ cao SOx năm từ mơ hình AERMOD Hình Bản đồ lan truyền CO cao năm từ mơ hình AERMOD Hình 12 Bản đồ lan truyền SOX trung bình 24 từ mơ hình AERMOD Hình 10 Bản đồ lan truyền CO trung bình 24 năm từ mơ hình AERMOD Kết nồng độ mơ cho CO có nồng độ cao phân bố theo hướng Tây Bắc Đông Nam, nồng độ trung bình cao đạt 1.018 µg/m3 (Hình 9) vị trí sát mặt đất CO có giá trị thấp so với QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 30.000 µg/m3 Trung bình 24 cao đạt 242 µg/m3 (Hình 10) - Kết mơ hình lan truyền ô nhiễm không khí AERMOD cho SO2 Với SO2 chiếm 95-97% nồng độ SOx [10] Hình 13 Bản đồ lan truyền SOX trung bình năm từ mơ hình AERMOD Kết nồng độ cao khu vực cảng Tân Thuận theo hướng Tây Bắc Đông Nam trung bình 3.921 µg/m3 (Hình 11) cao gấp 11 lần (so QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 350 µg/m3) nồng độ lớn 24 400 µg/m3 (Hình 12) cao gấp 3,1 lần (so QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 125 µg/m3) Tuy nhiên, SO2 có nồng độ trung bình năm 10-30 µg/m3 (Hình 13) đạt QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 50 µg/m3 Vậy, 104 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: SCIENCE OF THE EARTH & ENVIRONMENT, VOL 2, ISSUE 2, 2018 nồng độ SO2 phát thải vị trí cảng lớn, nồng độ trung bình năm thấp tiêu chuẩn cho phép, khơng ảnh hưởng lớn tới sức khỏe người dân xung quanh - Kết mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD NOx tượng TAPM Số liệu khí tượng mơ hình TAPM chạy cho ngun năm 2017 Mơ hình TAPM có chức xuất file khí tượng cao khơng định dạng *.sfc file khí tượng bề mặt *.pfl Sau chạy mơ hình TAPM có chức xuất số liệu khí tượng từ định dạng *.cdf sang khí tượng *.sfc *.pfl cách tự động Cách làm thực nhiều nghiên cứu trước nhóm Hồ Quốc Bằng thực thành cơng [13-15] 3.5 Đề xuất giải pháp Hình 14 Bản đồ lan truyền NOX trung bình cao 24 năm từ mơ hình AERMOD Kết nồng độ NOx cao 549 µg/m3 (điểm xuất nồng độ cao khu vực cảng) theo hướng Tây Bắc Đơng Nam, nồng độ khu vực bên ngồi cảng 100-300 µg/m3 (Hình 14) Kết nồng độ NO2 lớn mặt đất cảng có nồng độ cao QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 200 µg/m3 Và nồng độ trung bình 24 giờ, trung bình năm nhỏ so với QCVN 05:2013/BTNMT - Kết mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí AERMOD cho PM2.5 Hình 15 Bản đồ lan truyền PM2.5 trung bình 24 từ mơ hình AERMOD Kết nồng độ cao theo hướng Tây Bắc, Đơng Nam Đơng Bắc cảng Tân Thuận có nồng độ trung bình 24 10 µg/m3 (Hình 15), thấp so với QCVN 05:2013/BTNMT cho phép 50 µg/m3 Số liệu khí tượng sử dụng để chạy mơ hình AERMOD số liệu đầu mơ hình khí Hoạt động tàu biển nguồn nhân tạo ảnh hưởng đáng kể vào nhiễm khơng khí Chất lượng tàu biển Việt Nam thường không cao, nhiều phương tiện cũ, lạc hậu, hiệu suất đốt cháy nhiên liệu thấp chưa có hệ thống xử lý khí thấp Hiện Việt Nam có 1.700 tàu vận tải, với số lượng tàu cá khoảng gần 130 nghìn tàu, tương ứng với lượng nhiên liệu xăng dầu tiêu thụ khoảng gần triệu tấn/năm Hạn chế hàm lượng SO2 nguồn nhiên liệu cho tàu biển Thay lượng thân thiện môi trường, sử dụng công nghệ xử lý thay làm sạch, lọc khí thải tàu thuyền để giảm thiểu ô nhiễm sử dụng xác tác Nếu sử dụng dầu có hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,1 % giảm thiểu bụi (các phân tử nhỏ) từ khoảng 80-90 %, SO2 khoảng 80-90 % NOx khoảng 5-6 % Giảm thời gian tàu lưu cảng sử dụng nguồn điện cung cấp lượng cho loại tàu giảm phát thải đáng kể tàu thường sử dụng máy phát điện để cung cấp điện cho tàu, lúc cập cảng Có sách, văn quy phạm pháp luật, quy định, quy chuẩn nhà nước cho tàu cá tàu vận tải giảm thiểu phát thải khí thải Triển khai đầy đủ cơng ước Biển Liên Hiệp Quốc theo Marpol Annex 6, nghĩa tàu phải chuyển sang chế độ dùng nhiên liệu vào khu vực cảng Tổ chức đào tạo nhân lực, nâng cao nhận thức giảm thiểu khí thải từ tàu biển biến đổi khí hậu Giảm thời gian phương tiện giao thông vào cảng để giảm lượng phát thải phương tiện trình kiểm soát trước vào cảng Cụ thể cảng có hệ thống cung cấp điện cho tàu chờ cảng, tránh tàu chạy động phụ phục vụ nấu ăn thắp sáng TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT & MÔI TRƯỜNG, TẬP 2, SỐ 2, 2018 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu ứng dụng thành cơng mơ hình tính tốn phát thải dự án SPD-GIZ vào điều kiện Việt Nam để tính tốn phát thải cho hệ thống cảng Thành phố Hồ Chí Minh Theo kết kiểm kê khí thải nguồn thải từ hoạt động tàu lớn phương tiện bốc dỡ hàng hóa ngun nhân gây nên nhiễm khơng khí cảng Do tàu dùng nguyên liệu dầu biển nặng (Marine oil) dầu DO với hàm lượng lưu huỳnh cao khoảng thời gian lưu lại cảng, tàu phải sử dụng máy phát điện, chạy động phụ Mơ lan truyền nhiễm khơng khí từ mơ hình AERMOD cho thấy hầu hết chất nhiễm khơng khí vượt QCVN 05:2013/BTNMT thường khu vực cầu cảng Điều ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân làm việc khu vực cảng khu vực xung quanh nhà dân gần cảng 4.2 Kiến nghị Qua tính tốn phát thải, đề tài nghiên cứu đề xuất mốt số biện pháp nhằm hạn chế hàm lượng SO2 nguồn nhiên liệu cho tàu biển Thay lượng thân thiện môi trường, sử dụng xác tác chạy điện Nếu sử dụng dầu có hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,1% giảm thiểu bụi (các phân tử nhỏ) từ khoảng 8090%, SO2 khoảng 80-90% NOx khoảng 5-6% Và đề xuất phủ quan tâm đến việc phát thải nhiễm khơng khí từ cảng biển, đặc biệt có sách hay chế tài tàu cũ hết niên hạn sử dụng, thực thi đầy đủ công ước Biển Liên Hiệp Quốc theo Marpol Annex TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Minh Tuấn, “Cảng biển TPHCM: Đầu tư trọng tâm, trọng điểm” http://www.vlr.vn/vn/news/img/chuoi-cungung/1141/cang-bien-tphcm-dau-tu-trong-tam-trongdiem.vlr 105 [2] Hà Xuân Chuẩn, “Các tác động mơi trường q trình xây dựng khai thác cảng biển”,Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải, Số 17, Tháng 4,2009 [3] Thanh Huyền, “Báo động tình trạng nhiễm mơi trường” 2009 http://cand.com.vn/Xa-hoi/Bao-dong-tinh-trang-onhiem-moi-truong-75568/ [4] Bộ GTVT, “Danh mục cảng biển, bến cảng khu vực đông nam (nhóm 5) giai đoạn đến năm 2020”, Quyết định số 1745/QĐ-BGTVT ngày 03 tháng năm 2011 Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải [5] Võ Thị Thanh Hương cộng sự, “Tính tốn phát thải chất nhiễm khơng khí mơ hình hố chất lượng khơng khí cảng Sài Gịn, Việt Nam”, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghê, Tập 16, Số M1, 2013 [6] GIZ, “Best Practices on Environmental Management – Indicator 1” Sustainable Port Development in the ASEAN Region project, 2015 [7] Li Pan, Hyun Cheol Kim, Pius Lee, Rick Saylor, YouHua Tang, Daniel Tong, Barry Baker, Shobha Kondragunta, Chuanyu Xu, Mark G Ruminski , Weiwei Chen, Jeff Mcqueen and Ivanka Stajner, “Evaluating a fire smoke simulation algorithm in the National Air Quality Forecast Capability (NAQFC) by using multiple observation data sets during the Southeast Nexus (SENEX) field campaign”, Geosci, 2017 Model Dev Discuss., https://doi.org/10.5194/gmd-2017-207 [8] Bryan N.Duncana, Ana I.PradosabL, N.LamsalacYangLiu, David G.Streetse, “Satellite data of atmospheric pollution for U.S air quality applications: Examples of applications, summary of data end-user resources, answers to FAQs, and common mistakes to avoid”, Atmospheric Environment, Volume 94, September 2014, Pages 647662 [9] Chris Taylor, “Streamlined Emissions Inventory: Bangkok Port Rapid Transport Assessment”, Technical report for GIZ, 2011 [10] US EPA, “Current Methodologies in Preparing Mobile Source Port-Related Emission Inventories”, 2009 [11] Peter Hurley, Mary Edwards and Ashok Luhar, “Evaluation of TAPM V4 for several meteorological and air pollution datasets”, First Published in Air Quality & Climate Change, 43-3, 19-24, 2005 [12] Ashok Luhar, Ian Galbally, Mark Hibberd Simon Bentley, "Meteorological and Dispersion Modelling Using TAPM for Wagerup”, CSIRO Atmospheric Research, 2005 Technical report 62 pages [13] B Alfoldy cộng sự, “Measurements of air pollution emission factors for marine transportation in SECA, Atmos” Meas Tech., 6, 2013, 1777–1791 [14] Hồ Quốc Bằng cộng sự, Ứng dụng mơ hình TAPM xây dựng liệu khí tượng phục vụ mơ lan truyền nhiễm khơng khí, Viện Tài ngun Mơi trường, 2015 [15] Lý Thu Ba, “Ứng dụng mơ hình TAPM xây dựng liệu khí tượng phục vụ mơ lan truyền ô nhiễm không khí”, 2016 Luận văn thạc sỹ 2016 Viện Môi trường Tài nguyên, ĐHQG TP.HCM 106 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: SCIENCE OF THE EARTH & ENVIRONMENT, VOL 2, ISSUE 2, 2018 Air emission inventory and application TAPM-AERMOD models to study air quality from 34 ports in Ho Chi Minh City Vu Hoang Ngoc Khue1,*, Pham Thi Nguyet Thanh2, Ho Quoc Bang1, Nguyen Thoai Tam1, Nguyen Thi Thuy Hang1 Institute for Environment and Resources – VNU-HCM Committee of Ward 6, District 10, Ho Chi Minh City *Corresponding email: vhnk1304@gmail.com People's Received: 27-8-2018; Accepted: 10-12-2018; Published: 31-12-2018 Abstract—The port system of Ho Chi Minh City including 34 ports, serves as the gateway to the South (including the South East and the Mekong Delta) in export and import activities In which contribute a huge amount of pollutants to the atmosphere in Ho Chi Minh City The objective of this study is to: (i) Calculating air emissions from ports system in Ho Chi Minh city using the SPDGIZ model which emits a large amount of air pollutants such as sulfur oxide (SOX), nitrogen oxide (NOX), fine dust (PM2.5, PM10), volatile organic compounds (VOC), carbon monoxide (CO) from large ships (Ocean going vessels - OGVs), towing ships (Harbor Crafts - HCs), cargo handling equipment (Cargo handling equipment - CHE) and other vehicles (Heavy trucks – HVs); (ii) Using dispersion model TAPM-AERMOD to assess the impact of port operations to air quality in surouding port area; (iii) Proposing abatement measures based on the results of simulation to reduce emissions/ air pollution levels The results of emission inventory show that the total port emissions are largely NOX and SOX mainly from large ships (OGVs) and cargo handling equipment (CHE) due to the use of heavy oil and diesel which have high sulfur content The results show that the time at which a mooring boat is the most time consuming (accounting for over 90% of total emissions from OGVs) Index Terms—Air pollution in ports HCMC, air emissions inventory, TAPM, AERMOD ... KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu ứng dụng thành cơng mơ hình tính tốn phát thải dự án SPD-GIZ vào điều kiện Việt Nam để tính toán phát thải cho hệ thống cảng Thành phố Hồ Chí Minh Theo... cảng tính tốn cho số cảng điển hình; cảng cịn lại tính phát thải dựa công suất hoạt động cảng dựa số liệu tính tốn phát thải cảng tính quy tắc tam suất [7] Các cảng tính phát thải trực tiếp Cảng. .. kiểm kê phát thải cho bến cảng [6] Nghiên cứu ứng dụng hệ mơ hình SMOKE để tính tốn mơ phát thải cháy rừng, sau ứng dụng mơ hình CMAQ để mơ lan truyền nhiễm khơng khí [7] Nghiên cứu ứng dụng ảnh