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 DA 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 : AM : AM : AM : AM : Bi : Bu : Ci : Cô : Fi :U m : El : Th : Fo ph : Fl : Gl : Ga : Ga : Gi : Ha : Kh : Kh : In qu : Na kh : Na to : Nh : Nh : Na T : Oc A : Pa : Pu PRTR POPs SCR SWFGD TM TN&MT TTĐL UBND UNDP UNEP USEPA WHO : Pollutant Đăng ký c : Persistant : Selective : Sea Water khói thải : Tổ máy : Tài nguyê : Trung tâm : Ủy ban nh : United Na Liên h : United Na Liên Hợp : United Sta môi trườn : World He MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7 16 19 22 22 29 29 30 32 34 34 41 49 49 49 56 60 60 60 61 61 62 62 62 NMNĐ 2.2.2.3 Phân tích thủy ngân mẫu nước biển mẫu nước thải 2.2.3 Lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân khói thải 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 trình đốt than 2.4 sản xuất đơn vị điện (01GWh), cân thủy ngân NMNĐ nghiên cứu 2.5 Quy đổi, so sánh thủy ngân tro, xỉ, than đơn vị khối lượng nhiên liệu thành tạo 2.6 Thống kê, xử lý số liệu; thu thập, phân tích, đánh giá kế thừa liệu Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Hiện trạng thủy ngân trình đốt than sản xuất điện 3.1 NMNĐ 3.1.1 Hàm lượng thủy ngân nhiên, nguyên liệu đầu vào 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 3.1.1.3 Nồng độ thủy ngân nước biển đầu vào hệ thống khử lưu huỳnh SWFGD 3.1.2 Phát thải thủy ngân sản phẩm đầu trình đốt 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 3.1.2.4 Hàm lượng thủy ngân nước thải hệ thống khử SOx nước biển 3.1.2.5 Xác định thủy ngân bụi khí thải NMNĐ nghiên cứu 3.1.3 Phát thải bụi, thủy ngân (PBM) từ ống khói NMNĐ vào mơi trường khơng khí 3.1.3.1 Nghiên cứu phát thải thủy ngân (PBM) thành phần bụi từ NMNĐ B1 (300MW) 3.1.3.2 Kiểm chứng mơ hình 3.1.4 Tính tốn cân thủy ngân q trình đốt than 3.2 Bướ c đầu xác định lượn g thủy ngân có khả phát thải từ NM NĐ đốt than nghi ên cứu 3.2 Hi ện trạ ng tiê u th ụ tha n củ a Việ t Na m 62 79 62 79 62 65 65 79 82 87 65 95 95 67 10 67 70 10 70 112 117 70 126 70 77 12 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 3.3 Các biện pháp kiểm soát, quản lý thủy ngân NMNĐ 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 3.3.3 Biện pháp quản lý, kiểm soát, giảm phát thải thủy ngân NMNĐ đốt than KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN KHUYẾN NGHỊ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO DANH MỤC CÔNG 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) 12 13 13 139 13 14 14 147 147 149 149 157 84 Praveen Amar (2003), Mercury emission from coal-fired power plants, The case for Regulatory Action, Northeast States for Coordinated Air Use Management 85 Qingru Wu, Guoliang Li, Shuxiao Wang, Kaiyun Liu, and Jiming Hao (2018), Mitigation options of atmospheric Hg emission in China, National Centrer for Biotechnology Information 86 Ravi Strivastava (2010), Control of Mercury Emissions from Coal Fired Electric Utillity Boilers: An Update, Air Pollution Prevention and Control Division National Risk Management Research Laboratory Research Triangle Park, US Environmental Protection Agency.Ravi K.Srivastava, Nick Hutson, Blair Martin, Frank Princiotta, and James Staudt (2006), “Control of mercury emissions form Coal-Fired Electric Utility Boilers - An overview of the status of mercury control technologies”, Environ.Sci.Technol 2006, 40, 5, 1385-1393 87 Renata Krzyzynska, Zbyszek Szellga, Lukas Pllar, Karel Borovec, Pawel o 2+ Regucki (2020), “High mercury emission (both form: Hg and Hg ) from the wet scruber in a full-scale lignite-fired power plant”, Fuel 270 (2020) 117491 88 Robert P.Mason, Janina M.Benoit (2003), Organomercury compounds in the environment, John Wiley & Sons, Ltd, In: P Craig [ed.] 89 R.Balamurall Krishna (2013), “International journal of life sciences biotechnology and pharma research”, ISSN National Centre for India, Vol1.2, No.3, 2250-3137 90 R.P Mason, G.R.Sheu (2002), “Role of the ocean in the global mercury cycle”, Global Biogeochemical Cycles, Volume 16, Issue 4, Pagé 40-1-40-14 91 Ruud Mei, Leo H.J Vredenbregt and Henk te Winkel (2002), “The fate and behavior of mercury in coal - fired power plants”, Journal of the Air & Waste Management 52 (8):912-7, ISSN: 1096-2247 92 Ruud Meij, Henk te Winkel (2005), “Mercury emissions from coal-fired power stations: The current state of the art in the Netherlandsm”, Science of the Total Environment 368 (2006), 393-396 93 Sang-Sup Lee, Jennifer Wilcox (2017), “Behavior of mercury emitted from the combustion of coal and dried sewage sludge: The effect of unburned carbon, Cl, Cu and Fe”, Fuel 2013 (2017), 749-756.Sandra Duran (2014), Evidence Review: Wildfire smoke and public health risk, British Columbia Centre for Disease Control 94 Shigeo Ito, Takahisa Yokoyama and Kazuo Asakura (2007), “Emissions of Mercury and Other Trace Element from Coal-Fired Power Plants in Japan”, Science of The Total Environment 368(1):397-402 95 Shunlin Tang, Lina Wang, Xinbin Feng, Zhaohui Feng, Ruiyang Li, Huipeng Fan, Ke Li (2016), “Actual mercury speciation and mercury discharges from coalfired power plants in Inner Mongolia, Northern China”, Fuel, Volume 180, Page 194-204 96 Shuxiao Wang, Lei Zhang, Bin Zhao, Yang Meng, and Jiming Hao (2012), “Mitigation Potential of Mercury Emissions from Coal-fired Power Plants in China”, Energy and Fuels 2012, 26, 8, 4635-4642 158 97 Songtao Liu, Jianmeng Chen, Yue Cao, Haikuan Yang, Chuanmin Chen and Wenbo Jia (2019), “Distribution of mercury in the combustion products from coalfired power plants in Guizhou, southwest China”, Journal of the Air and Waste Management Association, ISSN:1096-2247 98 S X Wang, L Zhang, G H Li, Y Wu, J M Hao, N Pirrone, F Sprovieri and M P Ancora (2010), “Mercury emission and speciation of coal-fired power plants in China”, Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 1183-1192, 2010 99 UNEP/Minamataconvention (2019), Guidance on best available techniques and best environmental practices 100 United Nation Environment Programme (2013), Global Mercury Assessment 2013, Sources, Emissions, Releases and Environmental Transport, UNEP 101 US Environmental Protection Agency (2019), Mercury Emission: The Global Context 102 US Environmental Protection Agency (2020), Mercury and Air Toxics Standards for Power Plants Electronic Reporting Revisions 103 U.S Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards, Air Quality Assessment Division Emissions Inventory and Analysis Group (2018), National Emission Inventory, version Technical Support Document 2014 104 US Environmental Protection Agency (2020), National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants: Coal and Oil-fired Electric Utility Steam Generating Units - Subcategory of Certain Existing Electric Utility Steam Generating Units Firing Eastern Bituminous Coal Refuse for Emissions of Acid Gas Hazardous Air Pollutants 105 V.K Rai, N S Raman, S K Choudhary (2013), “Mercury emission control from coal fired thermal power plants in India: Critical review and suggested Policy measures”, International Journal of Enfineering Research and Technology, (IJERT) ISSN: 2278-0181 Vol.2 106 Volker Hoenig (2013), Sources of mercury, behavior in cement process and abatement options, European Cement Research Academy 107 The Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) (2013), Canada-Wide standard for mercury emissions from coal-fired electric power generation plants (CWS) 108 The European Parliament and the Council of the European Union (2010) Directove 2010/75 EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on Industrial Emissions (integrate prevention and pollution control) 109 The Minamata Convention on Mercury (2013), The Minamata Convention: Global Mercury Agreement 110 The Ministry of Environment and Forestry of Republic of Indonesia (MOEF), United Nations Environment Programme (UNEP) and Basel Convention Regional Centre for South-East Asia (BCRC-SEA) (2017), Final report: Mercury emissions from coal-fired power plants in Indonesia 159 111 The Ministry of Environment and Natural Resource Protection of Georgia and United Nations Development Programme in Georgia (2017), Minamata Initial Assessment Report Georgia 2017, The United nations Development Programme (UNDP), Global Environment Facility (GEF) and the Ministry of Environment and Natural Resources Protection of Georgia 112 Tore Syversen, Parvinder Kaur (2012) “The toxicology of mercury and its compounds”, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, Volume 26, Pages 215 - 226 113 UNEP (2007), Guidelines on best available techniques and guidance on best environmental practices 114 UNEP (2010), Process Optimization Guidance for Reducing Mercury Emissions from Coal Combustion in Power Plants - A report from the Coal Combustion Partnership Area 115 UNEP (2015), Guidance on Best Available Techniques and Best Environmental Practices to Control Mercury Emissions from Coal-fired Power Plants and Coal-fired Industrial Boilers 116 Xin Guo, Chu-Gang Zheng, and Minghou Xu, (2006), Energy and Fuels 2007, 21, 898-902 1,2 3* 1,2 117 Yee - Lin Wu , Dita Galih Rahmaningrum , Yi - Chieh Lai , Li - Kai Tu , 4,5 4,5 Shin - Je Lee , Lin - Chi Wang , Guo - Ping Chang - Chien (2012), “Mercury Emissions from a Coal - Fired Power Plant and Their Impact on the Nearby Environment”, Aerosol and Air Quality Research, 12:643-650, 2012, ISSN: 16808584 118 Yenaxika Bolate (2017), “Inventory of U.S sources of mercury emissions to the atmosphere”, Columbia University Earth Engineering Center 119 Yong - Chil Sep, Sang - Hyup Lee, Jung-Hun Kim, Jongsoo Jurng, Si Hyun Lee and Kyu-Shik Park (2007), “Emission Characteristics of Mercury from Coal Power Plants and Other Combustion Facilities with the Efforts to Manage Mercury th in Korea”, International Mercury Emission from Coal Workshop AIST, Tokyo, Japan 120 Zi - Jian Zhou, Xiao - Wei Liu, Bo Zhao, Zhen - Gou Chen, Hai - Zhong Shao, Le - Le Wang, Ming - Hou Xu (2015), “Effects of existing energy saving and air pollution control devices on mercury removal in coal - fired power plants”, Fuel Processing Technology, Volume 131, Page 99-108 160 PHỤ LỤC 1 CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT THAN THƯƠNG MẠI KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM THAN 161 Bảng Phân loại than theo tiêu chuẩn ASTM (Hoa Kỳ) (Nguồn: Phiếu kết thử nghiệm, 2019, EIC) Loại than Antraxit Nh Metala Antrax Subant Than đá Vdaf th Vdaf tru Vdaf ca Loại A Loại B Loại C Than bán đá Loại A Loại B Loại C Than nâu Loại A Loại B Bảng Y [Nguồn: TCVN 8910:2015] Độ tro kh (Nguồn: Phụ lục B kèm theo TCVN 8910:2015) Bảng Yêu cầu kỹ thuật than cám 163 (Nguồn: Phụ lục B kèm theo TCVN 8910:2015) Bảng Yêu cầu kỹ thuật than cám 164 Bảng Đặc điểm kỹ thuật tối thiểu (Nguồn: Yêu cầu kỹ thuật với than nhập số NMNĐ Vĩnh Tân 4, Duyên Hải 3) TT Đặc điểm than Tổng độ ẩm (ARB) Độ ẩm cố hữu (ADB) Độ tro (ADB) Chất bốc - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Tổng hàm lượng lưu huỳnh (ADB) Chỉ số nghiền hardgrove - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Nhiệt độ chảy tro (giảm biến dạng ban đầu) Năng suất tỏa nhiệt lực (NAR basic) - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Cỡ than - 0-50 mm - Cỡ than lớn Bảng Đặc tính kỹ thuật (Nguồn: Yêu cầu kỹ thuật với than nhập số NMNĐ Vĩnh Tân 4, Duyên Hải 3) TT Đặc điểm than Tổng độ ẩm (ARB) Độ ẩm cố hữu (ADB) Độ tro (ADB) Chất bốc - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Tổng hàm lượng lưu huỳnh (ADB) Chỉ số nghiền hardgrove - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Nhiệt độ chảy tro (giảm biến dạng ban đầu) Năng suất tỏa nhiệt lực (NAR basic) - Giới hạn thấp - Giới hạn cao Cỡ than - 0-50 mm - Cỡ than lớn 165 166 167 168 PHỤ LỤC THIẾT KẾ VỊ TRÍ LẤY MẪU BỤI, KHÍ THẢI TẠI ỐNG KHĨI NMNĐ DUN HẢI MỞ RỘNG 169 170 ... khí thải NMNĐ nghiên cứu Một số kết nghiên cứu thủy ngân bụi khí thải NMNĐ giới Tỷ lệ thủy ngân dịng khói số NMNĐ đốt than giới Số liệu để tính tốn cân thủy ngân q trình đốt than NMNĐ nghiên cứu. .. 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... trình đốt than sản xuất điện NMNĐ nghiên cứu Việt Nam - Ước tính trung bình lượng thủy ngân đầu vào từ than nhiên liệu sản xuất đơn vị điện phát thải từ số nguồn thải (01GWh điện) NMNĐ đốt than nghiên