Nội dung bài viết trình bày một số thông tin liên quan đến việc nhận dạng các tác nhân gây biến đổi khí hậu, từ đó đề xuất các giải pháp khoa học công nghệ để giảm thiểu sự phát sinh ô nhiễm môi trường. Mời các bạn tham khảo!
K t qu nghiên c u KHCN lysts for the solar detoxication of water containing various pollutants Applied catalysis B: Environmental, 35 (4), 281-294 (2002) [4] J I Gole, J D Stout, C Burda et al Highly efficient formation of visible light tunable TiO2-xNx photocatalysts and their transformation at the nanoscale J Phys Chem B, 108(4), 1230-1240 (2004)5 [5] A Fujishima, T.N Rao, D.A Tryk Titanium dioxide photocatalysis J Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review, 1(1), 1-21 (2000) [6] Nguyeãn Việt Dũng, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài “Nghiên cứu phát triển ứng dụng hệ thống xử lý ô nhiễm không khí TIOKRAFT sở vật liệu xúc tác quang TiO2, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2013 NHẬN DẠNG CÁC TÁC NHÂN GÂY BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHÁT SINH TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP ThS Nguyễn Trinh Hương Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động Mở đầu iến đổi khí hậu (BĐKH) thách thức lớn nhân loại kỷ 21, gây biến đổi mạnh mẽ thông qua tượng thời tiết cực đoan, dị thường nhiệt độ tăng, bão mạnh, mưa lớn, lũ lụt, hạn hán nước biển dâng cao, v.v Trong đó, Việt Nam phải đương đầu với biểu ngày gia tăng tượng thời tiết Một nguyên nhân BĐKH hoạt động người, sản xuất lượng hoạt động công nghiệp sản sinh tác nhân góp phần đáng kể vào tượng BĐKH B Bài viết nhằm cung cấp số thông tin liên quan đến việc nhận dạng tác nhân gây BĐKH số ngành công nghiệp để từ đề xuất giải pháp khoa học công nghệ để giảm thiểu phát sinh chúng vào môi trường Nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Có nguyên nhân gây BĐKH, tự nhiên người Nguyên nhân gây BĐKH tự nhiên bao gồm thay đổi cường độ sáng Mặt trời xuất điểm đen Mặt trời, hoạt động núi lửa, thay đổi đại dương, thay đổi quỹ đạo quay trái đất Tuy nhiên, nguyên nhân gây BĐKH yếu tố tự nhiên đóng góp phần nhỏ vào BĐKH có tính chu kỳ kể từ khứ đến Theo kết nghiên cứu công bố từ Ủy Ban Liên Chính Phủ BĐKH (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) nguyên nhân gây BĐKH chủ yếu hoạt động người Các hoạt động bao gồm việc đốt nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, v.v.) phục vụ hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt (đun nấu, sưởi ấm),v.v, thay đổi mục đích sử dụng đất (thay đổi albedo bề mặt đất) bao gồm thay đổi nông nghiệp nạn phá rừng Ngoài số hoạt động khác đốt sinh khối, sản phẩm sau thu hoạch Trong báo cáo IPCC Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 23 K t qu nghiên c u KHCN Hình Kết kiểm kê khí nhà kính năm 2000 Việt Nam gần (2007), kết nghiên cứu hoạt động người đóng góp vào 90% nguyên nhân gây BĐKH Theo kết kiểm kê khí nhà kính năm 2000 Việt Nam, tổng khí nhà kính khoảng 143 triệu CO2 tương đương/năm Trong nông nghiệp chiếm 45%, lượng chiếm 35%, lâm nghiệp chiếm 11%, công nghiệp 7% phân huỷ chất thải 2% (Hình 1) Như thấy hoạt động sản xuất công nghiệp, nhà máy nhiệt điện sản xuất lượng góp phần đáng kể vào việc phát sinh khí nhà kính gây BĐKH Chắc chắn với phát triển công nghiệp Việt Nam, phát thải chất khí ô nhiễm gia tăng tỷ lệ có thay đổi với tăng lên tỷ lệ đóng góp hoạt động sản xuất công nghiệp Một số tượng BĐKH Để nhận dạng yếu tố gây BĐKH phát sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp (bao gồm nhà máy nhiệt điện), trước hết xem xét tượng BĐKH gây chất ô nhiễm không khí 2.1 Sự nóng lên trái đất Nhiệt độ bề mặt trái đất hình thành cân lượng mặt trời chiếu xuống trái đất lượng nhiệt xạ trái đất phát vào vũ trụ Nếu tính theo phương trình cân lượng nhiệt độ bề mặt trái đất khoảng -190C So với nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất thực tế 150C chênh lệch 340C kết "hiệu ứng nhà kính" thành phần khí gây Các khí nhà kính bao gồm khí CO2, clofloruacacbon (CFCs), metan, N2O, khí CO2 khí nhà kính quan 24 trọng nhất, chiếm tỷ trọng khoảng 55% Sau khí CFCs, chủ yếu CFC-11 CFC-12; tác dụng hiệu ứng nhà kính khí cao khí CO2 (một phân tử khí CFC-11 có tác dụng hiệu ứng nhà kính tương đương với 12.000 phân tử CO2) tỷ trọng hiệu ứng nhà kính chiếm khoảng 24% (Bảng 1) Việc gia tăng lượng CO2 vào khí đốt cháy nhiên liệu hoá thạch năm gần nguyên nhân gây việc nóng lên trái đất Những năm gần đây, biểu việc ấm lên trái đất gia tăng rõ rệt Trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình Việt Nam tăng lên khoảng 0,50,70C, đó, nhiệt độ mùa đông tăng nhanh mùa hè, nhiệt độ miền Bắc tăng nhanh miền Nam 2.2 Sự phá hủy tầng ozone Sau "Hiệu ứng nhà kính", phá hủy tầng ozone (O3) chất khí ô nhiễm gây hậu mang tính toàn cầu Ở lớp bình lưu (cách bề mặt trái đất 12-40km), lớp không khí loãng có chứa 300500ppb O3 Ozone thành phần khí có khả hấp thụ cách đáng kể xạ sóng ngắn < 0,28μm Nếu lớp ozone này, lượng lớn tia cực tím với bước sóng 0,20,28μm tới trái đất, gây phản ứng hóa học với bề mặt tiếp Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 K t qu nghiên c u KHCN Bảng Các đặc trưng khí nhà kính Loại khí Dioxit cacbon Metan Oxyt nitrous CFC-11 CFC-12 CFC khác 350ppm Mức tăng nồng độ hàng năm [%] 0,5 Hệ số nhà kính tương đương (so với CO2) Tỷ trọng hiệu ứng nhà kính [%] 55 CH4 1,7ppm 0,9 20 15 N2O 0,31ppb 0,25 200 CCl3F CCl2F2 0,28ppb 0,48ppb 4 12.000 16.000 17 Coâng thức hoá học CO2 Nồng độ khí xúc, độc hại người, động vật cối Sự phá hủy tầng ozone chủ yếu gây nguyên tử clo Một nguyên tử clo chuyển 104-106 phân tử O3 thành phân tử oxy thông thường Việc sản xuất CFCs (các hợp chất có chứa clo, flo cacbon, thường gọi freon) dùng cho tủ lạnh máy điều hòa không khí, đặc biệt máy điều hòa cho ô tô, nguyên nhân gây phá hủy tầng ozone Ngoài ra, khí NO sinh từ máy bay, bay độ cao lớn, khí N2O góp phần phá hủy tầng ozone, với tỉ lệ nhỏ so với CFCs phân tử NO có khả phá hủy phân tử O3 2.3 Mưa axit Mưa axit chủ yếu tạo khí oxyt sulfur, SO2 (khoảng 2/3) khí oxyt nitơ, NOx (khoảng 1/3) phát sinh từ đốt Nguồn phát sinh Đốt nhiên liệu hoá thạch, phá rừng Đất ngập nước, sinh hoạt người, nhiên liệu hoá thạch Đốt nhiên liệu, sản xuất phân bón, phá rừng Tác nhân làm lạnh, sol khí, dung môi nhiên liệu hoá thạch Những khí dễ dàng hòa tan vào nước, tạo thành axit sulfuric axit nitric Các giọt axit nhỏ bé gió mang theo mưa rơi xuống bề mặt trái đất Mưa axit gây tác hại nặng nề cho môi trường, hệ sinh thái người Ở Việt Nam, công nghiệp đô thị chưa mức cao giới khu vực, lại có tiềm mưa axit cao mức tăng trưởng mạnh kinh tế đường biên giới đất liền biển lớn Số liệu hoá học nước mưa năm gần cho thấy có dấu hiệu mưa axit số nơi Nghiên cứu mưa axit nước ta bắt đầu sơ từ năm đầu thập kỷ 90 kỷ 20, quan trắc mưa axit bắt đầu chậm (1996) Năm 2000, kết quan trắc mưa axit Việt Nam cho thấy tỷ lệ số mẫu có độ pH< 5,5 thành phố khu công nghiệp cao so với khu vực miền núi (TP Hồ Chí Minh 93%, Dung Quất 58%, Biên Hòa 43%, Bình Dương 26%, Lào Cai 7% Mỹ Tho 1%) 2.4 Khói quang hoá Khói quang hóa (Photochemical smog) sinh khí tương tác ánh sáng mặt trời chất ô nhiễm hydrocacbua oxit nitơ Kết ozone tích tụ lại sinh số chất ô nhiễm thứ cấp formaldehyt, aldehyt, PAN (peroxyacetil nitrat) Các chất thường chất kích thích, gây ho, đau đầu bệnh đường hô hấp Chúng làm giảm trình sinh trưởng cây, phá hoại tế bào gây tổn thương nhiều loại Lá khu vực có sương mù quang hóa xuất đốm màu nâu bề mặt lá, sau chuyển sang màu vàng Lớp ozone tầng mặt đất hủy hoại cây, làm giảm Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 25 K t qu nghiên c u KHCN Ban ̉ g Một số thông tin chất khí gây BĐKH Chất ô nhiễm chủ yếu Cacbonic CO2 Metan CH4 Oxit nitrous N2O Sunfua dioxit SO2 Nito Dioxit NO2 Nguoàn gây ô nhiễm Nguồn nhân tạo chủ yếu Nguồn Đốt nhiên liệu Khai thác nhiên liệu hoá thạch, bãi chôn lấp chất thải, nông nghiệp Hoạt động nông nghiệp Sử dụng phân bón gốc nitơ Sản xuất HNO3 Chất thải động vật Đốt nhiên liệu Đốt nhiên liệu than đá dầu mỏ Chế biến quặng có chứa S Đốt nhiên liệu Ngành CN Nhiệt điện, sản xuất VLXD CN Khai khoáng Trên 17 100-450 Nhiệt điện, sản xuất VLXD, khí – luyện kim Núi lửa 146 6-12 Nhiệt điện, sản xuất VLXD, khí – luyện kim Hoạt động sinh học vi sinh vật đất Các trình sinh hóa 50 60-270 88 Núi lửa Các trình sinh hóa đầm lầy Giải phóng Clo nguyên tử tinh thể đá Nam Cực - CH: 3001600 Trepen: 200 3001000 Các hợp chất chứa Clo Các trình hóa học Đốt chất thải CN hoá chất, SX thuốc trừ sâu, lò đốt chất thải F-gases Có chất làm nguội, chất tạo bọt, bình chữa cháy, dung môi, thuốc trừ sâu Công nghiệp hóa chất 26 - Quá trình sinh hóa đất Nhà máy lọc dầu, CN hoá chất, lò đốt chất thải Công nghiệp hóa chất, thực phẩm Xử lý nước thải Hydrosunfua H2S - Công nghiệp hoá chất Đốt cháy nhiên liệu, khí thải, trình hóa học Rò rỉ xăng dầu Phân huỷ hữu Hydrocacbon Nguồn thiên nhiên Phân hủy sinh học - Tải lượng chất ô nhiễm 106tấn/năm Thiên Nhân tạo nhiên 1,5.104 15.104 - - - - Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 K t qu nghiên c u KHCN phát triển, khả sinh sản trình sinh sản Nó gây khả tự vệ trước loại côn trùng bệnh tật chí gây chết Ozone dễ dàng phản ứng với loại vật liệu hữu cơ, làm tăng hủy hoại cao su, sợi tơ, nylon, sơn thuốc nhuộm Ngoài tượng BĐKH kể trên, chất khí ô nhiễm gia tăng mức độ ảnh hưởng có tượng nghịch đảo nhiệt, gây tượng bất thường mang tính khu vực tượng “Mây Nâu Châu Á” trải dài hàng ngàn kilomét suốt từ Tây Nam Afganistan đến Đông Nam Sri Lanka, bao phủ hầu hết Ấn Độ, chứa đựng nhiều loại chất ô nhiễm bụi, tro, muội, số loại khí gây mưa axit lan toả xa nữa, đến miền Đông Đông Nam Á Nhận dạng tác nhân gây BĐKH phát sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp Các chất khí ô nhiễm gây BĐKH bao gồm: CO2, NxOy, CH4, Clo, SO2, Hydrocacbon, ozone, chất khí chứa flo (Fgases) CFCs, HCFCs, HFCs, PFCs, SF6, v.v Các chất có mặt khí thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp, nhà máy nhiệt điện lò đốt chất thải Bảng cung cấp số thông tin nguồn gốc tải lượng ô nhiễm ước tính chất Có thể nói hầu hết ngành công nghiệp sử dụng nhiều thiết bị đốt cháy nhiên liệu hoá thạch Ngoài ngành công nghiệp sử dụng lượng nhiên liệu hoá thạch lớn, sở sản xuất thuộc ngành công nghiệp nhẹ sử dụng lò (dùng than dầu làm nhiên liệu đốt) phục vụ cho quy trình công nghệ Sau số ví dụ tải lượng ô nhiễm khí thải số ngành công nghiệp 3.1 Ngành sản xuất xi măng Sản xuất xi măng đóng góp vào việc phát thải khí nhà kính đốt cháy nguyên, nhiên liệu hoá thạch trình sản xuất Các nguồn phát sinh chất thải khí bao gồm: Lò sấy, lò nung clinke, máy phát điện hoạt động phương tiện giao thông vận tải Các chất ô nhiễm khí bao gồm: Bụi than, bụi đất đá, bụi clinke, bụi xi măng, loại khí độc (SO2, CO, CO2, NO2) (Bảng 3) 3.2 Ngành sản xuất gạch nung Trong ngành sản xuất gạch nung, nguồn phát sinh chất thải khí bao gồm: Thiết bị cán, nhào trộn nguyên liệu (đất sét), nhiên liệu, lò sấy, lò nung, máy phát điện, khu vực xếp dỡ gạch phương tiện giao thông vận tải Các chất ô nhiễm khí bao gồm: Bụi than, bụi đất sét, khí độc (SO2, CO, CO2, NO2) (Bảng 4) 3.3 Ngành luyện thép Khí thải sản xuất thép lò điện bao gồm khí thải trực tiếp từ lò điện hồ quang lò thùng tinh luyện, khí thải vận chuyển liệu nạp liệu, rót thép đúc thép, khói chế biến xỉ Khí thải từ lò điện hồ quang lò thùng tinh luyện chiếm khoảng 95% toàn khí thải xưởng thép lò điện Khí thải từ lò điện hồ quang có dải thành phần rộng, bao gồm bụi, kim loại nặng, SO2, CO2, NOx, Bảng Tải lượng ô nhiễm chất khí thải sản xuất xi măng Công nghệ Lò quay khô (kg) Lò quay ướt (kg) Lò đứng (kg) - Bụi 1,39 139,5* 1,45 144,93* 6,4 64* -CO2 906,574 1743,8 1005,112 -SO2 2,485 5,18 3,724 -CO 0,042 0,13 0,057 -NO2 1,3 3,96 1,7 -THC 0,007755 0,024 0,001 Các tiêu -HF 0,674 Ghi chú: * thiết bị lọc bụi Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 27 K t qu nghiên c u KHCN Bảng Tải lượng chất ô nhiễm khí lò nung sấy Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm Lò đứng Lò bầu Lò Vòng (kg/tấn gạch nung) 130 /lò 16 tấn/lò 16 /lò Dust 9.42 SO2 6.065 kg/lò Kg/h kg/lò Kg/h kg/loø Kg/h 1224.5 11.13 150.72 1.507 1808.64 5.8 394.25 3.56 48.48 0.485 581.76 1.865 (259.6) (5,38) (49,42) (0.494) (344.92) (1.106) NO2 1.18 153.4 1.39 18.88 0.189 226.56 0.726 CO 1.19 154.7 1.41 19.04 0.190 228.48 0.732 THC 0.15 19.5 0.18 2.4 0.024 28.8 0.092 128375 1167 14557 145.57 73505 235.59 CO2 Ghi chú: Các số liệu bảng tính trung bình cho thời gian nung : Lò đứng : 11 ; Lò bầu : 100 ; Lò vòng : 13 ngày x 24 Ban ̉ g Mức độ ô nhiễm khí thải lò điện hồ quang Châu Âu tính cho 1000kg thép lỏng TT Thành phần Đơn vị Lượng TT Thành phần Đơn vị Lượng Bụi G 1-780 10 HCl mg 800-9.600 Hg mg 6-4.470 11 CO2 G 24-130 Pb mg 16-3.600 12 NOx G 120-4240 Cr mg 8-2.500 13 CO G 740-3900 Ni mg 1-1.400 14 Benzen mg 170-4.400 Zn mg 280-45.600 15 Chlorebenzen mg 3-37 Cd mg 1-72 16 PAN mg 3,5-71 Cu mg 1-460 17 PCB mg 1,5-45 HF mg d700-4.000 hợp chất hữu bay hơi, thành phần lượng chất hữu bay đặc biệt quan trọng Khí thải từ vận chuyển liệu nạp liệu, rót thép đúc thép, không nhiều lắm, lượng chất ô nhiễm so với lò điện Khói từ khâu xử lý xỉ chứa nhiều chất kiềm xỉ có chứa CaO Chưa 28 có số liệu đầy đủ lượng thành phần khí thải lò luyện thép Việt Nam Bảng cho số liệu thành phần ô nhiễm khí thải lò điện hồ quang Châu Âu 3.4 Ngành đúc kim loại Các chất có khí thải ngành đúc kim loại bao gồm: i) bụi khói trình nạp liệu vào lò làm vật đúc; ii) Các hợp chất hữu dễ bay (VOCs) bao gồm số hydrocacbon bị oxy hoá phần số hydrocacbon thơm đa vòng (PANs) công đoạn làm khuôn, đúc, dỡ khuôn làm nguội; iii) Dioxin/Furan (PCDD/PCDF) hợp chất muối hữu bền vững hầu hết trình Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 K t qu nghiên c u KHCN Bảng Các công nghệ sản xuất axit sulphuric sử dụng cho nhà máy tải lượng khí SO3 khí thải Công nghệ sản xuất Lượng SO2 khí cấp (% thể tích) Hiệu suất chuyển hóa trung bình ngày (%) Hiện trạng phát thải SO3 [1] Tiếp xúc đơn – 10 3-6 98,5 [2] 97,5 - 98,5 0,4kg/tấn axit thành phẩm Tiếp xúc kép - 12 99,6 [3] 0,1kg/tấn axit thành phẩm Tiếp xúc ướt 0,05 - 98,0 Quá trình dựa NOx 0,05 – Gần 100 [4] Không có số liệu > 99,0 Rất thấp Quá trình H2O2 [1]- SO3+H2SO4 thể dạng SO3; [2]- nhà máy có, hiệu suất chuyển hóa khoảng 98%; [3]- đốt lưu huỳnh; [4]- khả phát thải NOx cháy thông qua chế tổng hợp de novo cháy chất phi Clo hữu nhựa, than đá nhựa cacbon với có mặt tình cờ Clo; iv) Các kim loại nặng (chì, kẽm, cadmi, …); v) Các chất khí khác SO2, CO, NOx, hợp chất Clorit, Florit, H2S, N, Formadehyde, v.v Theo Tổ chức Y tế Thế giới, tính toán nhanh tải lượng ô nhiễm thông qua hệ số ô nhiễm Ví dụ, đúc gang lò vòm: hệ số ô nhiễm bụi 6,9 kg/tấn sản phẩm, SO2 0,6.S kg/tấn sản phẩm, CO 73 kg/tấn sản phẩm; đúc gang lò hồ quang: hệ số ô nhiễm bụi 6,3 kg/tấn sản phẩm, NOx 0,16 kg/tấn sản phẩm, CO 9,75 kg/tấn sản phẩm, VOC 0,09 kg/tấn sản phẩm Đối với đúc đồng bậc từ quặng đồng: hệ số ô nhiễm bụi 248 kg/tấn sản phẩm, SO2 2.120 kg/tấn sản phẩm 3.5 Ngành sản xuất hoá chất a Sản xuất axit sulphuric Các chất ô nhiễm khí thải SO2, SO3, H2SO4 Ngoài khí CO2, CO, NOx, bụi, kim loại nặng tùy theo nguồn đầu vào SO2 công nghệ sản xuất H2SO4 Bảng cho tải lượng khí SO3 khí thải theo Hiệp hội sản xuất phân bón Châu Âu Theo tài liệu Ngân hàng Thế giới, sản xuất axit sulphuric theo công nghệ tiếp xúc kép hấp thụ kép, tải lượng khí SO2 khí thải 24kg/tấn sản phẩm axit sulphuric tải lượng khí SO3 khí thải 1,15- 0,2kg/tấn sản phẩm axit sulphuric b Sản xuất kiềm-clo Chất ô nhiễm không khí khí clo Để sản xuất 1000kg clo, khí thải sau xử lý scrubber 1kg clo Ngoài số khí ô nhiễm khác thủy ngân công nghệ điện phân thủy ngân (nhưng lượng ít), axit HCl từ công đoạn sản xuất axit HCl, axit H2SO4 công đoạn làm lạnh tách nước khí clo, v.v c Sản xuất phốt nguyên tố axit photphoric Các nguồn ô nhiễm không khí dây chuyền sản xuất phốt nguyên tố chủ yếu công đoạn chuẩn bị nguyên vật liệu khí từ lò điện Tại công đoạn chuẩn bị nguyên liệu, nguồn ô nhiễm không khí chủ yếu bụi Khí từ lò điện có chứa bụi, khí CO, P2O5, H2S, photphin hay HF sau qua tháp ngưng tụ P sử dụng nước (tháp có tác dụng scrubber) khí CO (chiếm khoảng 70-80% với hàm lượng CO 8095%) khí không hòa tan không phản ứng với nước Khí H3PO4 rò rỉ không độc hại, gặp nước khí tạo thành axit có khả gây Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013 29 K t qu nghiên c u KHCN möa axit giảm độ ẩm không khí d Sản xuất amoniac * Trong công nghệ tổng hợp NH3 từ khí tự nhiên có nguồn gây ô nhiễm không khí sau: - Khí thải từ công đoạn làm giàu khí lần 1: có chứa khoảng 8%CO2 (khoảng 500kg/t NH3), 200400mg/Nm3 khí NOx (khoảng 0,6 –1,3kg NO2/t NH3), 0,1-2 mg/Nm3 khí SOx (