Nghiên cứu phát thải thủy ngân tại một số nhà máy nhiệt điện đốt than ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐÀO THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI THỦY NGÂN TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐÀO THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI THỦY NGÂN TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Khoa học Môi trường Mã số : 9440301.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN MẠNH KHẢI Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Một phần kết nghiên cứu lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân luận án thuộc phạm vi phối hợp 02 dự án “Đánh giá trạng phát thải đề xuất biện pháp quản lý thủy ngân từ hoạt động nhiệt điện, khai thác, chế biến khoáng sản” “Quản lý hóa chất có hại POP Việt Nam” thỏa thuận cho phép sử dụng, công bố số liệu Các kết nghiên cứu cịn lại luận án hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Các trích dẫn sử dụng luận án ghi rõ tên tài liệu tham khảo tác giả tài liệu Những biểu, bảng luận án không ghi nguồn tài liệu tác giả luận án tự xây dựng Tác giả Đào Thị Hiền LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Mạnh Khải - người tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận án: từ thời điểm hình thành ý tưởng đến lúc hồn thiện; người ln động viên, đồng hành sẵn sàng thảo luận nhằm tháo gỡ vướng mắc, khó khăn triển khai nghiên cứu lĩnh vực tương đối Việt Nam (thủy ngân phát thải từ hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch); người truyền lại cho tơi cảm hứng, nhẫn nại, kiên trì, nghiêm túc nỗ lực hoạt động nghiên cứu khoa học để đạt hiệu thời gian hạn định Tôi học hỏi nhiều điều từ thày, trân trọng chân quý thày Tơi xin dành tình cảm tri ân đến thày giáo cũ, GS.TS Hoàng Xuân Cơ – người hướng dẫn giai đoạn đại học, cao học trước để tơi có tảng tư tiếp tục thực nghiên cứu chuyên sâu này; người ln ủng hộ, khuyến khích, giới thiệu tơi đến thày giáo - PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Tôi xin trân trọng cảm ơn cán thực dự án “Đánh giá trạng phát thải đề xuất biện pháp quản lý thủy ngân từ hoạt động nhiệt điện, khai thác, chế biến khoáng sản” - Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Bộ Cơng Thương; dự án “Quản lý hóa chất có hại POP Việt Nam” - Bộ Tài nguyên Môi trường đồng hành nghiên cứu, khảo sát, lấy mẫu phân tích thủy ngân phát thải từ nhà máy nhiệt điện; cảm ơn đồng nghiệp nhà máy nghiên cứu nhiệt tình hỗ trợ, tạo điều kiện góp phần tạo nên kết luận án Tơi xin cảm ơn tình cảm quý báu, giúp đỡ góp ý chuyên môn chân thành, giá trị thày, cô giáo công tác Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội - đặc biệt thày, cô giáo thuộc Bộ môn Công nghệ môi trường dành cho suốt thời gian học tập, nghiên cứu trường Xin cảm ơn đồng chí lãnh đạo, đồng nghiệp quan cơng tác - Tập đồn Điện lực Việt Nam tạo điều kiện cho tơi tham gia chương trình học tập, nghiên cứu trường Xin cảm ơn bố, mẹ, chị gái, chồng hai gái bên, ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi dành thời gian, tâm sức học tập, hoàn thành luận án kịp tiến độ Tác giả Đào Thị Hiền DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AERMAP AERMET AERMIC AERMOD BĐKH BOT CFB CNNĐ FE EPA ESP EU FDA FGD GEF GEM GOM GWh HAP KCN KPH MEC NCAR NIOSH NM NMNĐ NRDC OSHA PBM PC : AMS/EPA Regulatory Map - Công cụ địa hình : AMS/EPA Regulatory Meteorology - Công cụ khí tượng : AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee : AMS/EPA Regulatory Model : Biến đổi khí hậu : Build - Operate - Tranfer (Xây dựng - Vận hành - Chuyển giao) : Circulating Fluidizing Bed - Sơi tuần hồn : Cơng nghiệp nhiệt điện : Filter Fabric - Lọc bụi tay áo : United States Environmental Protection Agency - Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ : Electrostatic Precipitator System - Hệ thống lắng bụi tĩnh điện : The European Union - Liên minh châu Âu : Food and Drug Administration - Cục quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ : Flue Gas Desulfurization - Khử lưu huỳnh khói thải : Global Environment Fund - Quỹ mơi trường toàn cầu : Gaseous elemental mercury - Thủy ngân nguyên tố dạng khí : Gaseous oxidized mercury - Thủy ngân oxy hóa dạng khí : Giga watt hour : Hazardous Air Pollutant : Khu công nghiệp : Không phát : International Mercury Emission from Coal Workshop - Hội nghị quốc tế phát thải thủy ngân từ than : National Center for Atmospheric Research - Trung tâm Nghiên cứu khí Quốc gia : National Institute for Occupational Safety and Health - Viện An toàn Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia : Nhà máy : Nhà máy nhiệt điện : Natural Resources Defense Council - Hội đồng Quốc gia Bảo vệ Tài nguyên thiên nhiên : Occupational Safety and Health Administration - Cơ quan Quản lý An toàn và Sức khỏe Lao động : Particle bound mercury - Thủy ngân dạng hạt : Pulverized coal - Than phun PRTR POPs SCR SWFGD TM TN&MT TTĐL UBND UNDP UNEP USEPA WHO : Pollutant Release and Transfer Register - Phát thải chất ô nhiễm Đăng ký chuyển giao : Persistant Organic Pollutants - Các hợp chất ô nhiễm hữu bền : Selective Catalytic Reduction - Giảm thiểu chọn lọc xúc tác : Sea Water Flue Gas Desulfurization - Thiết bị xử lý lưu huỳnh khói thải nước biển : Tổ máy : Tài nguyên Môi trường : Trung tâm Điện lực : Ủy ban nhân dân : United Nations Development Programme - Chương trình Phát triển Liên hợp quốc : United Nations Environmnet Programme - Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc : United States Environmental Protection Agency - Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ : World Health Organization - Tổ chức Y tế giới MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nguồn gốc phát thải thủy ngân môi trường Nguồn gốc phát thải thủy ngân trình diễn 1.1.1 tự nhiên 1.1.2 Nguồn gốc phát thải thủy ngân hoạt động nhân sinh 1.2 Các dạng tồn thủy ngân mơi trường 1.3 Độc tính thủy ngân 1.4 Phát thải thủy ngân từ NMNĐ đốt than Các loại nhiên liệu thủy ngân nhiên liệu NMNĐ 1.4.1 đốt than Quá trình cháy than nhiên liệu phát thải thủy ngân 1.4.2 NMNĐ 1.4.2.1 Nguyên lý làm việc lò NMNĐ 1.4.2.2 Nguyên lý cháy 1.4.2.3 Q trình chuyển hóa thủy ngân đốt than NMNĐ Nghiên cứu liên quan vấn đề phát thải thủy ngân từ 1.5 trình đốt than NMNĐ giới Việt Nam 1.5.1 Các nghiên cứu giới 1.5.2 Các nghiên cứu Việt Nam Chương 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu NMNĐ đốt than Mẫu phân tích thủy ngân nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu, phân tích thủy ngân Lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân mẫu rắn Lấy mẫu than nhiên liệu Lấy mẫu đá vôi, tro bay, xỉ, thạch cao Phân tích hàm lượng thủy ngân mẫu rắn Lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân mẫu nước Lấy mẫu nước mặt (đầu vào) hệ thống SWFGD Lấy mẫu nước thải hệ thống SWFGD 7 16 19 22 22 29 29 30 32 34 34 41 49 49 49 56 60 60 60 61 61 62 62 62 2.2.2.3 Phân tích thủy ngân mẫu nước biển mẫu nước thải Lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân khói thải 2.2.3 NMNĐ 2.2.3.1 Lấy mẫu bụi khí thải ống khói 2.2.3.2 Phân tích hàm lượng thủy ngân mẫu bụi khí thải 2.3 Phương pháp mơ hình hóa Ước tính lượng thủy ngân đầu vào/đầu q trình đốt than 2.4 sản xuất đơn vị điện (01GWh), cân thủy ngân NMNĐ nghiên cứu Quy đổi, so sánh thủy ngân tro, xỉ, than 2.5 đơn vị khối lượng nhiên liệu thành tạo Thống kê, xử lý số liệu; thu thập, phân tích, đánh giá 2.6 kế thừa liệu 62 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Hiện trạng thủy ngân trình đốt than sản xuất điện 3.1 NMNĐ Hàm lượng thủy ngân nhiên, nguyên liệu đầu vào 3.1.1 phục vụ trình đốt than NMNĐ nghiên cứu 3.1.1.1 Hàm lượng thủy ngân than nhiên liệu 3.1.1.2 Hàm lượng thủy ngân đá vôi Nồng độ thủy ngân nước biển đầu vào hệ thống khử 3.1.1.3 lưu huỳnh SWFGD Phát thải thủy ngân sản phẩm đầu trình đốt 3.1.2 than NMNĐ nghiên cứu 3.1.2.1 Hàm lượng thủy ngân thạch cao 3.1.2.2 Hàm lượng thủy ngân xỉ đáy lò 3.1.2.3 Hàm lượng thủy ngân tro bay Hàm lượng thủy ngân nước thải hệ thống khử SOx 3.1.2.4 nước biển 3.1.2.5 Xác định thủy ngân bụi khí thải NMNĐ nghiên cứu Phát thải bụi, thủy ngân (PBM) từ ống khói NMNĐ vào 3.1.3 mơi trường khơng khí Nghiên cứu phát thải thủy ngân (PBM) thành phần bụi từ 3.1.3.1 NMNĐ B1 (300MW) 3.1.3.2 Kiểm chứng mô hình Tính tốn cân thủy ngân q trình đốt than 3.1.4 NMNĐ Bước đầu xác định lượng thủy ngân có khả phát thải từ 3.2 NMNĐ đốt than nghiên cứu 3.2.1 Hiện trạng tiêu thụ than Việt Nam 70 62 62 65 65 65 67 67 70 70 70 77 79 79 79 82 87 95 95 103 104 112 117 126 126 3.2.2 Bước đầu ước tính lượng thủy ngân từ than sản xuất 01 đơn vị điện NMNĐ So sánh lượng thủy ngân đầu vào sản xuất điện từ than 3.2.3 NMNĐ nghiên cứu với số NMNĐ đốt than, tiêu chuẩn phát thải giới Bước đầu ước tính lượng thủy ngân thành phần 3.2.4 đầu vào đầu sau đốt than sản xuất 01 đơn vị điện số NMNĐ nghiên cứu Các biện pháp kiểm soát, quản lý thủy ngân NMNĐ 3.3 đốt than 3.3.1 Xác định nguồn nguyên liệu cần kiểm soát thủy ngân 3.3.2 Xác định loại chất thải cần kiểm soát thủy ngân Biện pháp quản lý, kiểm soát, giảm phát thải thủy ngân 3.3.3 NMNĐ đốt than KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN KHUYẾN NGHỊ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC – Một số tiêu chuẩn, kết thử nghiệm than PHỤ LỤC – Thiết kế vị trí lấy mẫu (01 trường hợp cụ thể) 129 134 137 139 139 141 143 147 147 149 149 DANH SÁCH BẢNG Trang Nguồn phát sinh thủy ngân từ hoạt động nhân sinh Thống kê nguồn phát thải thủy ngân giới (2018) Ước tính lượng thủy ngân đầu vào ngành sản xuất - dịch vụ Ước tính phân bố thủy ngân phát thải ngoài môi trường Các loại nhiên liệu Thống kê sản lượng điện (2009-2019) Thông số nguồn thải NMNĐ B1 Hiện trạng NMNĐ than hệ thống điện Việt Nam Các NMNĐ đốt than nghiên cứu Đối tượng lấy mẫu phân tích hàm lượng thủy ngân NMNĐ Địa điểm, thời gian, số lượng mẫu lấy NMNĐ phục vụ Bảng 2.4 phân tích thủy ngân Giá trị hàm lượng thủy ngân than nhên liệu các NMNĐ Bảng 3.1 nghiên cứu So sánh giá trị hàm lượng thủy ngân than nhiên liệu Bảng 3.2 sử dụng cho NMNĐ Việt Nam số quốc gia giới Giá trị hàm lượng thủy ngân đá vôi nguyên liệu Bảng 3.3 10 NMNĐ nghiên cứu Bảng 3.4 Hàm lượng thủy ngân số vật liệu Giá trị hàm lượng thủy ngân thạch cao 04 NMNĐ Bảng 3.5 nghiên cứu So sánh giá trị hàm lượng thủy ngân thạch cao các NMNĐ Bảng 3.6 nghiên cứu Việt Nam số quốc gia giới Giá trị hàm lượng thủy ngân xỉ đáy lò các NMNĐ Bảng 3.7 nghiên cứu Tỷ lệ % hàm lượng thủy ngân xỉ quy đổi hàm lượng Bảng 3.8 thủy ngân than nhiên liệu các NMNĐ nghiên cứu So sánh giá trị hàm lượng thủy ngân xỉ đáy lò các NMNĐ Bảng 3.9 nghiên cứu số quốc gia giới Giá trị hàm lượng thủy ngân tro bay các NMNĐ Bảng 3.10 nghiên cứu Giá trị hàm lượng thủy ngân tro bay các NMNĐ đốt than Bảng 3.11 giới Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Bảng 1.6 Bảng 1.7 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 10 11 12 23 43 46 49 55 56 58 70 71 78 78 80 82 82 85 87 88 88 ... tích thủy ngân bụi, khí thải các NMNĐ nghiên cứu Một số kết nghiên cứu thủy ngân bụi khí thải các NMNĐ giới Tỷ lệ thủy ngân dịng khói số NMNĐ đốt than giới Số liệu để tính tốn cân thủy ngân. .. ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐÀO THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI THỦY NGÂN TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Khoa học Môi trường Mã số : 9440301.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA... tồn thủy ngân mơi trường 1.3 Độc tính thủy ngân 1.4 Phát thải thủy ngân từ NMNĐ đốt than Các loại nhiên liệu thủy ngân nhiên liệu NMNĐ 1.4.1 đốt than Quá trình cháy than nhiên liệu phát thải thủy