Nghiên cứu ứng dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải đô thị ở thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Trị

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải đô thị ở thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Trị Nghiên cứu ứng dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải đô thị ở thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Trị luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đàm Duy Ân NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CMAQ ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC THUỘC VÙNG KINH TẾ TRỌNG ĐIỂM PHÍA BẮC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đàm Duy Ân NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CMAQ ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC THUỘC VÙNG KINH TẾ TRỌNG ĐIỂM PHÍA BẮC Chun ngành: Khoa học Mơi trường Mã số: 62440301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Mai Trọng Thông Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực từ đề tài nghiên cứu Một số kết công bố tạp chí khoa học chuyên ngành với đồng ý đồng tác giả phù hợp với quy định hành Các số liệu, thông tin tham khảo, chứng minh so sánh từ nguồn khác trích dẫn theo quy định Việc sử dụng nguồn thông tin, số liệu phục vụ cho mục đích học thuật Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan kết nghiên cứu luận án Nghiên cứu sinh Đàm Duy Ân LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập hồn thành ḷn án này, tơi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô, đồng nghiệp, gia đình các bạn bè Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Các thầy cô giáo, nhà khoa học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ quá trình học tập hồn thành ḷn án này; Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình đã kiên nhẫn động viên, hỗ trợ tơi śt q trình học tập, làm việc hoàn thành luận án Lời cảm ơn sâu sắc xin được gửi đến PGS.TS Mai Trọng Thông người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, khích lệ suốt quá trình học tập thực luận án Trân trọng! Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Đàm Duy Ân năm 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 14 1.1 MƠ HÌNH HĨA CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ 14 1.1.1 Các mơ hình chất lượng khơng khí thơng dụng 14 1.1.1.1 Mơ hình nguồn điểm 14 1.1.1.2 Mơ hình theo quy mơ khu vực diện rộng [13, 14] 15 1.1.1.3 Mơ hình phát tán (Dispersion models) [21] 16 1.1.1.4 Mơ hình quang hóa 16 1.1.2 Các mơ hình khí tượng thơng dụng 18 1.1.2.1 Mơ hình MM5 18 1.1.2.2 Mơ hình WRF 18 1.1.2.3 Mơ hình CALMET 19 1.1.2.4 Mơ hình RAMS 19 1.1.3 Mơ hình kiểm kê phát thải 19 1.1.4 Mơ hình dự báo thống kê (Statistical Models) 20 1.2 TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CMAQ TRONG NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 20 1.2.1 Các nghiên cứu giới 20 1.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam 22 1.3 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 26 1.3.1 Khái quát Vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc 26 1.3.2 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 27 1.3.2.1 Điều kiện tự nhiên 27 1.3.2.2 Đặc điểm địa chất – địa hình [1] 28 1.3.2.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 29 1.3.2.4 Khái quát đặc điểm kinh tế xã hội tỉnh lựa chọn nghiên cứu 31 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1.1 Mơ hình WRF 34 2.1.2 Mơ hình CMAQ khả mơ [25, 26, 37, 40] 37 2.1.3 Tính tốn lắng đọng khô 42 2.1.4 Dữ liệu phát thải REAS v2.1 43 2.2 DỮ LIỆU ĐẦU VÀO PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN 45 2.2.1 Dữ liệu khí tượng 46 2.2.2 Dữ liệu phát thải phương án tính tốn 46 2.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DỮ LIỆU NGUỒN THẢI DỰA TRÊN NỀN TẢNG DỮ LIỆU REAS v2.1 46 2.3.1 Nghiên cứu liệu REAS v2.1 46 2.3.2 Phương pháp tính tốn liệu phát thải sau năm 2008 từ nguồn liệu REAS v2.1 48 2.4 MIỀN TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 51 2.4.1 Miền tính 51 2.4.2 Phương án tính tốn 52 2.4.3 Kiểm định mơ hình 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 HIỆN TRẠNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ NĂM 2007 54 3.1.1 Dữ liệu phát thải khu vực nghiên cứu năm 2007 54 3.1.2 Kiểm định mơ hình 56 3.1.3 Hiện trạng chất lượng mơi trường khơng khí năm 2007 60 3.1.3.1 Đối với SO2 60 3.1.3.2 Đối với NO2 60 3.1.3.3 Đối với bụi PM10 61 3.2 HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ NĂM 2013 65 3.2.1 Dữ liệu phát thải 2013 65 3.2.2 Kiểm định mơ hình 70 3.2.2.1 Kết kiểm định với liệu quan trắc tự động 70 3.2.2.2 Kết kiểm định với liệu ảnh vệ tinh (OMI) 74 3.2.3 Hiện trạng chất lượng mơi trường khơng khí năm 2013 76 3.2.3.1 Hiện trạng SO2 76 3.2.3.2 Hiện trạng NO2 84 3.2.3.3 Hiện trạng PM10 92 3.2.3.4 Hiện trạng CO 99 3.3 LẮNG ĐỌNG KHÔ 103 3.3.1 Lắng đọng SO2 103 3.3.2 Lắng đọng NO2 106 3.3.3 Lắng đọng HNO3 109 3.4 ĐĨNG GĨP Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TỪ CÁC DẠNG NGUỒN THẢI 112 3.4.1 Đối với SO2 112 3.4.2 Đối với NO2 116 3.4.3 Đối với PM10 119 3.5 ĐÁNH GIÁ PHÂN BỐ CHẤT Ô NHIỄM THEO CHIỀU CAO (PROFILE THẲNG ĐỨNG) 122 3.5.1 Phân bố nồng độ SO2 theo chiều cao 122 3.5.2 Phân bố nồng độ NO2 theo chiều cao 125 3.5.3 Phân bố nồng độ PM10, CO theo chiều cao 125 3.6 DỰ BÁO Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 127 3.6.1 Dữ liệu phát thải 127 3.6.2 Đối với SO2 129 3.6.3 Đối với NO2 131 3.6.4 Đối với PM10 133 3.6.5 Đối với CO 135 KẾT LUẬN 137 KIẾN NGHỊ 138 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 139 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CMAQ Mơ hình chất lượng khơng khí cộng đồng đa tỷ lệ (Community Multiscale Air Quality model) CCTM Mô hình lan truyền chất hóa học (CMAQ chemical transport model) CLKK GIS Chất lượng khơng khí Hệ thống thơng tin địa lý KTTĐ Kinh tế trọng điểm MTQG Môi trường quốc gia NCS Nghiên cứu sinh REAS Dữ liệu kiểm kê phát thải cho khu vực châu Á WRF Mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết (Weather Research and Forecasting) QCVN Quy chuẩn Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lượng mưa trung bình tháng năm (mm) 30 Bảng 2.1 Gia tăng bình quân lượng thải theo năm từ liệu REAS v2.1 48 Bảng 2.2 So sánh dự báo Việt Nam tăng trưởng phát thải với tính tốn tăng trưởng phát thải từ REAS v2.1 50 Bảng 2.3 Đề xuất tỷ lệ tăng trưởng phát thải bình quân cho số nguồn thải 51 Bảng 3.1 Bảng thống kê thời gian kiểm định kết kiểm định mơ hình CMAQ năm 2007 56 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp tiêu đánh giá tương quan số liệu thực đo kết tính tốn 74 Bảng 3.3 So sánh kết tổng cộng NO2 tầng đối lưu từ mơ hình CMAQ ảnh vệ tinh OMI (đơn vị 1015mol/cm2) 75 Bảng 3.4 Tốc độ lắng đọng SO2 khu vực Hà Nội (cm/s) 103 Bảng 3.5 Tổng lắng đọng SO2 theo tháng khu vực (kg/ha/tháng) 104 Bảng 3.6 Tổng lắng đọng NO2 theo tháng khu vực (kg/ha/tháng) 107 Bảng 3.7 Tổng lắng đọng HNO3 theo tháng khu vực 111 Bảng 3.8 Tỷ lệ phát thải SO2 từ nguồn thải khác năm 2013 112 Bảng 3.9 Tỷ lệ phát thải NO2 từ nguồn thải khác .116 Bảng 3.10 Tỷ lệ phát thải PM10 từ nguồn thải lớn khu vực nghiên cứu 119 Bảng 3.11 Tỷ lệ thay đổi nồng độ SO2 trung bình năm 2020/2013 129 Bảng 3.12 Tỷ lệ thay đổi nồng độ NO2 trung bình năm 2020/2013 131 Bảng 3.13 Tỷ lệ thay đổi nồng độ PM10 trung bình năm 2020/2013 133 Bảng 3.14 Tỷ lệ thay đổi nồng độ CO trung bình năm 2020/2013 135 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ mơ hình nguồn điểm 15 Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả tổng thể hệ thống mơ hình dự báo chất lượng khơng khí 17 Hình 1.3 Các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc [1] 27 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình WRF 35 Hình 2.2 Quan hệ hệ thống mơ hình CMAQ với mơ hình phát thải khí tượng [10 - 14] 37 Hình 2.3 Hệ thống module mơ hình CMAQ [10-14, 72] 42 Hình 2.4 Biến thiên tổng lượng phát thải CO ô lưới phát thải tỉnh thuộc khu vực nghiên cứu từ nguồn thải cơng nghiệp 47 Hình 2.5 Biến thiên tổng lượng phát thải PM10 ô lưới phát thải thuộc khu vực nghiên cứu từ nguồn thải công nghiệp 47 Hình 2.6 Biến thiên tổng lượng phát thải NO2 ô lưới thuộc khu vực nghiên cứu từ nguồn dân sinh 47 Hình 2.7 Lưới tính mơ hình CMAQ 52 Hình 3.1 Bản đồ phát thải SO2, NO2 bụi PM10 năm 2007 khu vực nghiên cứu 55 Hình 3.2a So sánh nồng độ SO2 kết tính tốn thực đo năm 2007 57 Hình 3.2b So sánh nồng độ NO2 kết tính tốn thực đo năm 2007 58 Hình 3.2c So sánh nồng độ PM10 kết tính tốn thực đo năm 2007 59 Hình 3.3 Bản đồ nồng độ SO2 trung bình tháng 1, 4, 7, 10 năm 2007 62 Hình 3.4 Bản đồ nồng độ NO2 trung bình tháng 1, 4, 7, 10 năm 2007 63 Hình 3.5 Bản đồ nồng độ PM10 trung bình tháng 1, 4, 7, 10 năm 2007 64 Hình 3.6 Phát thải SO2 từ nguồn thải khác tổng phát thải SO2 năm 2013 67 Hình 3.7 Phát thải bụi PM10 từ nguồn thải khác tổng phát thải PM10 năm 2013 68 Hình 3.8 Phát thải NO2 từ nguồn thải khác tổng phát thải NO2 năm 2013 69 Hình 3.9 So sánh nồng độ PM10 số liệu thực đo kết tính tốn năm 2013 71 Hình 3.10 So sánh nồng độ NO2 số liệu thực đo kết tính tốn năm 2013 72 Bản đồ trung bình tháng theo ngành 2.1 Bản đồ SO2 Hình PL2.1 Bản đồ phân bớ nồng độ SO2 trung bình tháng từ nguồn thải dân sinh 2013 Hình PL2.2 Bản đồ phân bớ nồng độ SO2 trung bình tháng từ nguồn thải cơng nghiệp năm 2013 Hình PL2.3 Bản đồ phân bớ nồng độ SO2 trung bình tháng từ nguồn thải giao thơng năm 2013 2.2 Bản đồ NO2 Hình PL2.4 Bản đồ phân bớ nồng độ NO2 trung bình tháng từ nguồn thải dân sinh năm 2013 Hình PL2.5 Bản đồ phân bớ nồng độ NO2 trung bình tháng từ nguồn thải cơng nghiệp năm 2013 Hình PL2.6 Bản đồ phân bớ nồng độ NO2 trung bình tháng từ nguồn thải giao thơng năm 2013 2.3 Bản đồ PM10 Hình PL2.7 Bản đồ phân bớ nồng độ PM10 trung bình tháng từ nguồn thải dân sinh năm 2013 Hình PL2.8 Bản đồ phân bớ nồng độ PM10 trung bình tháng từ nguồn cơng nghiệp năm 2013 Hình PL2.9 Bản đồ phân bớ nồng độ PM10 trung bình tháng từ nguồn thải giao thơng năm 2013 Tỷ lệ đóng góp nhiễm ngành năm 2013 Bảng PL3.1 Tỷ lệ ô nhiễm SO2 của các ngành theo các tháng Tháng Tháng Tháng Nguồn thải Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 21,76 25,67 25,81 25,17 27,19 26,00 Công Nghiệp 61,67 63,60 61,45 64,98 58,07 59,00 Giao Thông 10,32 7,60 8,49 5,09 5,58 4,40 Khác 6,24 3,13 4,25 4,76 9,16 10,60 Khu Vực Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 23,38 23,96 23,14 22,86 21,41 24,83 Công Nghiệp 59,91 55,59 59,38 64,21 65,47 58,01 Giao Thông 9,60 8,03 10,66 5,68 6,27 4,48 Khác 7,11 12,42 6,82 7,25 6,85 12,67 Khu Vực Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 23,55 22,75 22,99 23,50 22,07 22,76 Công Nghiệp 59,34 58,11 64,13 62,86 64,55 62,21 tháng 10 Giao Thông 10,69 8,16 10,72 4,74 5,38 3,00 Khác 6,42 10,99 2,16 8,91 8,00 12,03 Khu Vực Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 25,48 25,47 26,38 27,20 25,65 28,74 Công Nghiệp 60,24 59,91 61,22 65,60 68,06 64,39 Giao Thông 8,32 8,54 9,40 3,99 4,96 4,38 Khác 5,96 6,07 2,99 3,21 1,33 2,48 Bảng PL3.2 Tỷ lệ ô nhiễm NO2 của các ngành theo các tháng Nguồn thải Tháng Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 25,83 24,37 26,05 27,39 30,83 28,33 Công Nghiệp 44,52 46,40 38,43 27,28 30,71 33,09 Giao Thông 22,06 23,43 24,73 26,42 27,21 29,18 Khác 7,59 5,80 10,80 18,91 11,25 9,40 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc 27,77 25,81 27,54 29,28 30,78 28,62 Tháng Dân sinh Tháng Công Nghiệp 39,34 44,80 33,90 25,87 26,81 38,25 Giao Thông 21,55 21,93 22,51 23,65 25,17 25,99 Khác 11,34 7,46 16,04 21,21 17,23 7,14 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 26,80 24,48 26,45 29,17 30,36 27,73 Công Nghiệp 37,88 41,91 35,47 28,39 27,58 32,38 Giao Thông 22,14 21,87 22,96 24,28 26,34 26,48 Khác 13,19 11,75 15,11 18,16 15,72 13,42 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc 28,37 26,49 28,89 32,43 33,82 31,40 37,88 41,91 35,47 28,39 27,58 32,38 Giao Thông 22,20 22,64 23,92 25,49 27,93 29,71 Khác 11,56 8,96 11,71 13,68 10,67 6,51 Dân sinh Tháng 10 Công Nghiệp Bảng PL3.3 Tỷ lệ ô nhiễm PM10 của các ngành theo các tháng Tháng Tháng Tháng Nguồn thải Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 43,42 41,45 39,79 43,12 45,55 40,07 Công Nghiệp 31,91 34,07 29,31 28,70 23,39 26,07 Giao Thông 8,00 8,29 8,85 10,17 9,07 11,03 Khác 16,67 16,19 22,05 18,01 21,98 22,83 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 48,54 43,37 49,50 53,51 47,41 45,39 Công Nghiệp 26,12 29,74 21,09 24,59 24,12 26,25 Giao Thông 10,42 9,94 10,19 7,70 8,79 7,80 Khác 14,93 16,95 19,22 14,20 19,68 20,57 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 40,99 38,39 38,91 43,90 44,98 40,68 Công Nghiệp 30,83 33,25 30,98 22,20 24,47 26,25 Giao Thông 10,01 9,42 10,48 12,18 11,06 11,59 Khác 18,16 18,95 19,63 21,72 19,50 21,47 Tháng 10 Thanh Xuân Đông Anh Gia Lâm Bắc Ninh Hưng Yên Vĩnh Phúc Dân sinh 33,66 32,99 35,55 41,06 38,22 42,08 Công Nghiệp 30,60 36,26 37,74 32,72 36,05 33,44 Giao Thông 8,77 9,55 9,48 10,60 9,29 8,99 Khác 26,97 21,20 17,22 15,62 16,45 15,50 ... CMAQ - Nghiên cứu biến thiên theo chiều cao (profile thẳng ? ?ứng) số chất gây nhiễm mơi trường khơng khí 4.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu lựa chọn gồm 04 tỉnh thành phố, cụ thể: Hà Nội,... biến chế tạo tăng 8,5%; ngành sản xuất phân phối điện, khí đốt, nước nóng, nước điều hịa khơng khí tăng 14,9%; ngành cấp nước, hoạt động quản lý, xử lý nước thải, rác thải tăng 5,4% Tỉnh Vĩnh... ống khói nhà máy vùng Đồng sơng Hồng cho hai mùa khô mùa mưa Đề tài Khoa học Công nghệ thành phố Hà Nội PGS TS Hồng Xn Cơ chủ trì (2004): “ Nghiên cứu trạng ô nhiễm bụi thành phố Hà Nội đề