Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác định đươc̣ hiện trạng thủy ngân trong than nguyên liệu của một số các NMNĐ đốt than của Việt Nam hiện nay. Đánh giá đươc̣ sựphân bố của thủy ngân trong các pha rắn, lỏng, khí trong quá trình đốt nhiên liêụ than của môṭ số nhà máy nhiêṭ điêṇ. Đề xuất một số giải pháp quản lý thủy ngân trong các NMNĐ đốt than của Việt Nam.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG 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 trƣờng Mã số: 9440301.01 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án Tiến sĩ họp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Vào hồi phút, ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhiều thảm họa môi trường liên quan đến độc tính thủy ngân nhà khoa học, nhà quản lý môi trường phát điển hình vụ nhiễm độc thủy ngân vịnh Minamata, Nhật Bản Di chứng, hậu vụ nhiễm độc thủy ngân người nặng nề đến mức hội chứng bệnh lý người dân nhiễm độc thủy ngân mắc phải nhà nghiên cứu gọi tên hội chứng Minamata nhằm ghi lại dấu ấn "đen tối" lịch sử người ảnh hưởng thủy ngân gây Thủy ngân phát thải vào môi trường phần trình diễn tự nhiên (cháy rừng, ) phần nhiều hoạt động nhân sinh, đặc biệt hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch (sản xuất điện, xi măng, thép ) Với vai trò nguồn thải lớn, việc nghiên cứu đặc điểm tồn tại, chuyển hóa phát thải thủy ngân trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) nhiều tổ chức giới nghiên cứu, công bố chủ yếu đưa số liệu phân tích than bitum, bitum (đặc tính lý - hóa khác hẳn than antraxit) Tài liệu đề cập đến hàm lượng thủy ngân than antraxit phát thải thủy ngân từ NMNĐ đốt than antraxit (loại than đặc trưng khai thác, sử dụng phổ biến Việt Nam) Việt Nam gia nhập công ước Minamata thủy ngân (ký kết ngày 11/10/2013, phê chuẩn ngày 23/06/2017) Theo lộ trình áp dụng điều khoản công ước, nội dung Việt Nam cần thực trước tiên điều tra quốc gia trạng sử dụng, phát thải thủy ngân, hướng tới kiểm soát phát thải Số liệu kiểm kê thủy ngân quốc gia năm 2015 phản ánh lĩnh vực sử dụng lượng hóa thạch chiếm 13,3% tổng lượng thủy ngân phát thải Vì vậy, việc nghiên cứu hàm lượng thủy ngân than antraxit sử dụng cho NMNĐ đốt than Việt Nam, khả phát thải thủy ngân từ hoạt động NMNĐ cần thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu phát thải thủy ngân số nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam” thực nhằm mục đích bước đầu xác định trạng thủy ngân than nguyên liệu, mức độ phát thải thủy ngân từ NMNĐ đốt than, từ đưa biện pháp quản lý, kiểm soát, giảm phát thải phù hợp Mục tiêu nghiên cứu - Xác định đươ ̣c trạng thủy ngân than nguyên liệu số NMNĐ đốt than Việt Nam - Đánh giá đươ ̣c sự phân bố của thủy ngân các pha rắn, lỏng, khí quá trình đố t nhiên liê ̣u than của mô ̣t số nhà máy nhiê ̣t điê ̣n - Đề xuất số giải pháp quản lý thủy ngân NMNĐ đốt than Việt Nam Phạm vi nghiên cứu Việc lấy mẫu, phân tích thành phần thủy ngân nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu trình đốt than nhiên liệu tiến hành 16 nhà máy tổng số 24 NMNĐ đốt than vận hành Việt Nam Các NMNĐ đốt than lựa chọn nghiên cứu đại diện cho 02 loại cơng nghệ lị phổ biến (CFB PC); sử dụng nguồn than nước nhập khẩu; không phân biệt vị trí địa lý (từ miền Bắc, miền Trung đến miền Nam); bao gồm nhà máy điện cũ lẫn nhà máy đưa vào vận hành; từ nhà máy có hệ thống xử lý khí thải lắp đặt thiết bị lọc bụi (ESP) đến nhà máy có hệ thống xử lý khí thải tương đối đầy đủ (lắng tĩnh điện, khử khí SOx NOx) Các so sánh, đánh giá, xác định mối tương quan, dự báo phát thải thủy ngân thực phạm vi 16 NMNĐ Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài nghiên cứu Luận án cung cấp tập hợp liệu tương đối đầy đủ, chi tiết kết phân tích thủy ngân NMNĐ đốt than (từ nguyên liệu đầu vào: than nhiên liệu, đá vôi/nước biển dùng để khử SOx khí thải đến sản phẩm cháy đầu ra: tro, xỉ, thạch cao, bụi, khí thải, nước thải hệ thống khử SOx) đồng thời so sánh, tìm mối tương quan 4.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài nghiên cứu - Thơng qua kết phân tích, đánh giá hàm lượng thủy ngân nhận diện loại chất thải tập trung nhiều thủy ngân, loại nguyên liệu chứa nhiều thủy ngân để đề xuất biện pháp xử lý, kiểm soát giảm thiểu thủy ngân cách tập trung, phù hợp, hiệu - Việc bước đầu xác định hàm lượng thủy ngân bụi, nồng độ thủy ngân khí thải số NMNĐ nghiên cứu cung cấp phần tham khảo xây dựng, hiệu chuẩn quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải công nghiệp nhiệt điện (trường hợp đề cập đến thống số thủy ngân) Những đóng góp đề tài - Cung cấp số liệu phân tích thủy ngân than antraxit (loại than khai thác, sử dụng phổ biến Việt Nam) nghiên cứu giới chủ yếu công bố hàm lượng thủy ngân than bitum bitum; nghiên cứu khác Việt Nam tiến hành phạm vi nhỏ, vài nhà máy cụ thể - Xác định đươ ̣c sự phân bố thủy ngân pha rắn, lỏng, khí quá trình đớ t nhiên liê ̣u than của mô ̣t số NMNĐ - Nghiên cứu phát thải thủy ngân (dạng PBM) thơng qua bụi TSP theo dịng khói thải vào khí từ NMNĐ Từ trước đến nay, việc nghiên cứu phát thải NMNĐ Việt Nam tập trung vào chất nhiễm: bụi, khí SO x , NOx Chƣơng TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Phần Tổng quan tài liệu luận án đánh giá khái quát nghiên cứu tác giả nước thành phần thủy ngân than sản phẩm cháy; chuyển hóa thủy ngân q trình đốt than buồng lửa, yếu tố ảnh hưởng đến chuyển hóa thủy ngân than cháy, dịng khói di chuyển từ buồng lửa qua thiết bị xử lý bụi, khí thải thải mơi trường Luận án đánh giá tổng quát nghiên cứu liên quan đến chế phát thải thủy ngân từ hoạt động diễn tự nhiên đến hoạt động nhân sinh đặc biệt tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, tìm hiểu chi tiết dạng tồn thủy ngân môi trường khác làm lý giải chuyển hóa thủy ngân điều kiện xuất chất oxy hóa, nhiệt độ thay đổi lớn (cao đạt khoảng 1.200o C, giảm dần 80-50o C ống khói trước thải mơi trường) dẫn đến thay đổi phân bố thủy ngân sản phẩm cháy NMNĐ Liên quan trình đốt than NMNĐ, luận án xem xét điều kiện, yếu tố ảnh hưởng đến trình đốt cháy nhiên liệu NMNĐ, cơng nghệ lị phân loại thông số tại, nguyên lý làm việc lò hơi, nguyên lý cháy để rõ q trình chuyển hóa thủy ngân đốt than Phần tổng quan luận án làm rõ số khái niệm, thuật ngữ, phản ứng hóa học bản, nguyên lý định luật nhằm hiểu chất trình đốt cháy than nhiên liệu sản xuất điện; q trình chuyển hóa lượng; hình thành, dạng tồn thủy ngân sản phẩm cháy, dịng khói NMNĐ Chƣơng ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Thủy ngân nguyên liệu đầu vào (than, đá vôi, nước biển cấp cho hệ thống SWFGD) sản phẩm cháy đầu (xỉ, tro, thạch cao, nước thải hệ thống SWFGD, bụi, khí thải) NMNĐ lựa chọn nghiên cứu; thủy ngân (PBM) bụi TSP phát thải từ ống khói (thí điểm NMNĐ B1) vào mơi trường khơng khí - 16 NMNĐ đốt than Việt Nam (D, N, P, B, P1-2, B, S1, D1, Ng, Đ, K, A, T2, T4, H3, F) lựa chọn nghiên cứu thủy ngân Trong số 16 NMNĐ này: 06 NM sử dụng cơng nghệ lị CFB, 10 NM sử dụng cơng nghệ lị PC; 10 NM miền Bắc, 04 NM miền Trung, 02 NM miền Nam (Hình 2.2); 04 NM sử dụng than nhập khẩu, 12 NM sử dụng than nội địa; 01 NM lắp đặt thiết bị khử bụi (ESP); 06 NM lắp đặt thiết bị khử bụi (ESP), tích hợp giải pháp khử SOx ; NOx khói thải cơng nghệ lị CFB, 06 NM có thiết bị khử bụi (ESP) khử SO x khói thải đá vơi, 03 NM có thiết bị khử bụi (ESP), khử SO x khói thải nước biển, khử NOx khói thải chất xúc tác (SCR) Nhập – Trung Quốc 10 NMNĐ than phía Bắc nghiên cứu 02 NMNĐ than mi ền Trung nghiên cứu Nhà máy thủy ện Nhập - Lào 02 NMNĐ than Nam Trung Bộ nghiên cứu Xuất Campuchia 02 số NMNĐ than miền Nam nghiên cứu Hình 2.2 Bản đồ phân bố NMNĐ đốt than đƣợc nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu Luận án dự kiến thực 03 nội dung: Đánh giá kết phân tích hàm lượng thủy ngân nguyên liệu đầu vào tham gia q trình biến hóa than nhiên liệu thành nhiệt NMNĐ đốt than nghiên cứu Bước đầu lượng hóa thủy ngân đầu vào để sản xuất điện NMNĐ nghiên cứu thông qua lượng than tiêu thụ, hàm lượng thủy ngân than nhiên liệu nhà máy Đánh giá, tìm mối tương quan kết phân tích hàm lượng thủy ngân loại chất thải (rắn/khí/lỏng) sau đốt than nhiên liệu NMNĐ; bước đầu tìm hiểu phát thải thủy ngân dạng PBM thơng qua bụi theo dịng khói thải vào khí từ NMNĐ đốt than Rà soát giải pháp quản lý thủy ngân NMNĐ đốt than áp dụng giới, khả áp dụng Việt Nam để đưa đề xuất phù hợp 2.3 Phƣơng pháp ngiên cứu - Các phương pháp lấy mẫu, phân tích hàm lượng thủy ngân: (1) Lấy mẫu than nguyên liệu theo phương pháp TCVN 1693:2008 ISO 18283:2006; (2) Lấy mẫu đá vôi thạch cao theo phương pháp TCVN 9466:2012 ASTM D6009-12; (3) Phân tích hàm lượng thủy ngân mẫu rắn (than nhiên liệu, đá vôi, thạch cao) theo phương pháp EPA 1311:2007&SMEWW 3125:2012; (4) Lấy mẫu nước biển đầu vào đầu hệ thống SWFGD theo phương pháp TCVN 66631:2011 ISO 5667-1:2006; (5) Phân tích nồng độ thủy ngân mẫu nước theo phương pháp EPA 200.8 (SMEWW 3112B:2012); (6) Lấy mẫu bụi khí thải ống khói NMNĐ theo phương pháp EPA Method 29; (7) Phân tích thủy ngân mẫu bụi khí thải theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lạnh (CVAAS) - Để dự báo vị trí giá trị nồng độ thủy ngân dạng PBM đạt cực đại (theo bụi TSP), luận án sử dụng phương pháp mơ hình Mơ hình sử dụng luận án mơ hình AERMOD, trường hợp dự báo thí điểm NMNĐ B1 có yếu tố đảm bảo tính đại diện cho nghiên cứu (sử dụng cơng nghệ lị PC, thơng số tới hạn - loại công nghệ phổ biến áp dụng NMNĐ đốt than Việt Nam nay; sử dụng than nội địa; vận hành thương mại ổn định - khoảng 10 năm) Phạm vi luận án dừng lại mức nghiên cứu thí điểm phát thải thủy ngân (PBM theo bụi TSP) (GEM, GOM, PBM) cho 01 nguồn thải độc lập (khơng tính tác động tích lũy cộng gộp với nguồn thải công nghiệp khác) nhằm bước đầu xem xét phát thải thủy ngân từ nguồn thải dạng điểm - Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu, số liệu, báo cáo, báo, kết nghiên cứu liên quan đến trạng phát triển ngành điện nói chung, lĩnh vực nhiệt điện nói riêng, tình hình tiêu thụ than nhiên liệu, đặc tính than nhiên liệu khu vực Quảng Ninh nhằm phục vụ nghiên cứu tính tốn thí điểm phát thải NMNĐ B1 ước tính lượng thủy ngân đầu vào cho NMNĐ nghiên cứu Các thông tin, số liệu, báo cáo chuyên ngành khác thu thập, xử lý, tổng hợp làm nguồn liệu đầu vào cho đánh giá, phân tích nêu luận án - Luận án sử dụng phương pháp xử lý thống kê số liệu phân tích hàm lượng thủy ngân, đánh giá xây dựng mối tương quan thơng số để tìm đưa quy luật, phục vụ nhận định luận án Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiện trạng thủy ngân nguyên liệu đầu vào NMNĐ đốt than nghiên cứu 3.1.1 Hàm lượng thủy ngân than nguyên liệu + Hàm lượng Clo than: Clo yếu tố quan trọng thúc đẩy q trình oxy hóa thủy ngân sau than bị đốt cháy buồng lửa (Hgo dạng giải phóng) Hàm lượng clo cao, q trình oxy hóa thủy ngân (Hgo ) mạnh để tạo thành thủy ngân dạng oxy hóa (Hg+, Hg2+); gián tiếp khiến thủy ngân chuyển lại từ thể khí sang thể rắn Vì vậy, clo khơng trực tiếp định lượng thủy ngân đầu vào, đầu trình đốt cháy than sản xuất điện NMNĐ góp phần định tỷ lệ thủy ngân phân bố dạng tồn khác nhau; loại sản phẩm/chất thải có khả chứa thủy ngân cần tập trung quản lý, xử lý Ở Việt Nam, hàm lượng clo than chưa quan tâm phân tích Một số NMNĐ sử dụng than nhập có giá trị Chlorine (DAF)~0,034%; Clorine (arb)~0,022-0,024% (mức trung bình so với giới: than đá khoảng 340±40ppm; than nâu khoảng 120±20ppm [43]) + Hàm lượng thủy ngân than: Bảng 3.1 Hàm lƣợng thủy ngân than nhiên liệu NMNĐ nghiên cứu TT 10 11 Thời điểm lấy mẫu 03/11/2017 08/10/2018 19/09/2016 02/11/2017 22/09/2016 06/10/2018 25/10/2016 05/10/2018 26/10/2017 27/10/2016 25/10/2017 24/10/2017 10/10/2017 16/11/2017 NMNĐ Vị trí lấy mẫu D TM 01 Ng Đ TM 01 TM 01 B1 TM 01 D1 TM 01 K N P P1-2 B S1 TM 02 TM 03 TM 01 TM 03 TM 03 TM 03 Hàm lƣợng thủy ngân (mg/kg) 0,20 0,23 0,14 0,13 0,82 0,987 0,67 0,68 0,52 0,12 0,09 0,06 0,11 0,07 TT NMNĐ 10 11 12 13 14 15 16 Ng Đ A2 N B F P T2 S1 P1-2 T4 H3 Trung bình Hàm lƣợng thủy ngân than (mg/kg) 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,059 0,05 0,215 Lƣợng than tiêu thụ (tr.tấn/năm) Lƣợng Hg đầu vào (kg/năm) Sản lƣợng điện sản xuất (tr.kWh) Lƣợng Hg đầu vào/ 01kWh (mg/kWh) 0,39 0,83 3,37 3,64 0,1 0,95 2,28 4,07 1,49 3,52 4.2 3,86 54,6 107,9 404,4 436,8 11 95 205,2 325,6 104,3 211,2 247,8 193 732,74 1424,6 7.866,21 7.863,32 136,63 2.229,97 4.409.34 7.999,49 3.365,35 7.747,72 8115,7 8.105,23 0,075 0,076 0,051 0,056 0,081 0,043 0,047 0,041 0,031 0,027 0,031 0,024 0,109 3.3 Xác định thủy ngân chất thải sau trình đốt than nhiên liệu cuả NMNĐ 3.3.1 Hàm lượng thủy ngân thành phần chất thải 3.3.1.1 Hàm lượng thủy ngân thạch cao Kết phân tích hàm lượng thủy ngân thạch cao 04 NMNĐ có lắp thiết bị FGD độc lập (có sản phẩm thạch cao) dao động khoảng từ 0,08-0,3mg/kg, cao ngưỡng thủy ngân thạch cao tự nhiên (0,005 - 0,08mg/kg); thấp ngưỡng thủy ngân thạch cao nhân tạo (0,03 - 1,3mg/kg) [44] 3.3.1.2 Hàm lượng thủy ngân xỉ đáy lò + Hàm lượng thủy ngân xỉ đáy lò NMNĐ đốt than Việt Nam thuộc phạm vi nghiên cứu dao động khoảng từ 0,02 - 0,68 mg/kg + Để xem xét mức độ tồn thủy ngân xỉ sau than bị đốt cháy, luận án quy đổi hàm lượng thủy ngân xỉ theo lượng xỉ tạo thành đốt cháy 01kg than nhiên liệu, so 11 sánh với hàm lượng thủy ngân than để tìm mối tương quan (bảng 3.9) Bảng 3.9 Tỷ lệ hàm lƣợng thủy ngân xỉ quy đổi hàm lƣợng thủy ngân than nhiên liệu NMNĐ nghiên cứu TT NM 10 11 12 13 14 15 16 D Ng Đ B1 D1 Kh N P P1-2 B S1 A1 T2 T4 F D3 Vị trí lấy mẫu TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 03 TM 01 TM 03 TM 03 TM 03 TM 01 TM VN2 TM 02 Hàm lƣợng Hg than (mg/kg) Hàm lƣợng Hg xỉ (mg/kg xỉ) Hàm lƣợng Hg xỉ quy đổi (mg/kg than) Tỷ lệ (%) 0,215 0,14 0,13 0,904 0,675 0,52 0,12 0,09 0,06 0,11 0,07 0,12 0,08 0,059 0,10 0,05 0,16 0,07 0,10 0,679 0,32 0,28 0,03 0,04 0,02 0,09 0,02 0,08 0,02 0,02 0,05 0,02 0,014 0,006 0,009 0,061 0,029 0,025 0,003 0,004 0,002 0,008 0,002 0,007 0,002 0,002 0,005 0,002 6,7 4,5 6,92 6,76 4,27 4,85 2,25 7,36 2,57 2,25 3,05 4,5 3,6 + Về mặt lý thuyết, tối đa 90% (70 - 80%) thủy ngân than bốc trình cháy (chuyển thành Hg0 ) [42] Các mẫu nghiên cứu có tỷ lệ hàm lượng thủy ngân xỉ/than nguyên liệu 10% (không tập trung nhiều xỉ) 3.3.1.3 Hàm lượng thủy ngân tro bay + Hàm lượng thủy ngân mẫu tro bay phân tích dao động từ 0,05 - 0,683mg/kg + Tương tự xỉ, luận án quy đổi hàm lượng thủy ngân tro bay theo lượng tro tạo thành đốt cháy 01kg than nhiên 12 So sánh hàm lượng thủy ngân xỉ tro bay (sau quy đổi khối lượng) để tìm mối tương quan (bảng 3.12), tỷ lệ thấp chứng tỏ thủy ngân có xu hướng tập trung tro bay Bảng 3.12 Tỷ lệ hàm lƣợng thủy ngân xỉ hàm lƣợng thủy ngân tro (đã quy đổi) NMNĐ nghiên cứu TT NMNĐ 10 11 12 13 14 15 16 D Ng Đ B1 D1 Kh N P P1-2 B S1 A1 T2 T4 F D3 Vị trí lấy mẫu Hàm lƣợng Hg xỉ quy đổi (mg/kg than) TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 01 TM 03 TM 01 TM 03 TM 03 TM 03 TM 01 TM VN2 TM 02 Hàm lƣợng Hg tro quy đổi (mg/kg than) Tỷ lệ (%) 0,014 0,006 0,009 0,061 0,029 0,025 0,003 0,004 0,002 0,008 0,002 0,007 0,002 0,002 0,005 0,038 0,034 0,067 0,164 0,086 0,046 0,012 0,026 0,012 0,022 0,04 0,024 0,043 0,024 0,014 37,5 18,75 13,39 37,28 33,33 55,26 22,5 13,64 15 37,5 4,41 30 4,17 7,5 31,25 0,002 0,019 9,38 % CFB PC Hình 3.18 Mối tƣơng quan hàm lƣợng thủy ngân tro/xỉ sau quy đổi nhóm NMNĐ dùng cơng nghệ lị PC CFB 13 + Các NMNĐ sử dụng cơng nghệ lị PC có giá trị trung bình tỷ lệ thấp so với NMNĐ sử dụng cơng nghệ lị CFB Trong nhà máy sử dụng cơng nghệ lị PC có khác biệt lớn nhà máy sử dụng than nội địa than nhập khẩu/than trộn (các nhà máy sử dụng than nhập khẩu/than trộn xu hướng thủy ngân tập trung tro nhiều xỉ) 3.3.1.4 Hàm lượng thủy ngân nước thải hệ thống khử lưu huỳnh nước biển (SWFGD) Kết phân tích (giới hạn phát hiện: 01ppm) mẫu nước thải (đầu hệ thống SWFGD) 03/16 nhà máy lắp đặt thiết bị khử SOx không phát thủy ngân 3.3.1.5 Xác định thủy ngân bụi, khí thải NMNĐ Bảng 3.14 Hàm lƣợng thủy ngân bụi, khí thải NMNĐ TT Thời điểm lấy mẫu NMNĐ Vị trí lấy mẫu 0,006 0,005 03/ 11/ 2017 Hàm lƣợng thủy ngân Bụi (µg/Nm3) Khí (µg/Nm3) D TM 01 0,0944 0,0899 0,0859 08/ 10/ 2018 19/ 09/ 2016 Ng TM 01 02/ 11/ 2017 Đ TM 01 B1 TM 01 22/ 09/ 2016 06/ 10/ 2018 0,016 0,017 0,081 0,4470 0,065 0,069 0,235 0,218 0,222 0,4310 0,533 0,519 0,518 25/ 10/ 2016 05/ 10/ 2018 26/ 10/ 2017 0,084 D1 TM 01 K TM 02 14 0,193 0,188 0,158 0,163 0,015 0,030 TT Thời điểm lấy mẫu 27/ 10/ 2016 25/ 10/ 2017 24/ 10/ 2017 10 10/ 10/ 2017 B TM 03 11 16/ 11/ 2017 S1 TM 03 T2 TM 01 NMNĐ N P P1-2 Vị trí lấy mẫu TM 03 TM 01 TM 03 14/ 07/ 2017 12 12/ 10/ 2018 13 11/ 10/ 2018 T4 14 12/ 07/ 2017 F 15 17/ 07/ 2017 H3 Hàm lƣợng thủy ngân Bụi (µg/Nm3) Khí (µg/Nm3) 0,013 0,108 0,009 0,011 0,018 0,02 0,01 0,008 0,009 0,007 0,001 0,001 0,002 0,027 0,442 0,004 0,004 0,080 0,076 0,058 0,053 0,055 0,051 0,003 0,004 0,001 0,023 0,001 0,003 TM VN2 TM 02 0,001 0,001 0,001 0,001 0,017 0,018 0,001 0,001 + Hàm lượng thủy ngân mẫu bụi lấy trực tiếp từ ống khói NMNĐ nghiên cứu dao động khoảng 0,0010,235µg/Nm3 (giá trị trung bình là: 0,043µg/Nm3 ) + Nồng độ thủy ngân mẫu khí thải lấy trực tiếp từ ống khói NMNĐ nghiên cứu khoảng 0,001-0,447 µg/Nm3 (giá trị trung bình 0,125µg/Nm3 ) + Về tương quan hàm lượng thủy ngân bụi NMNĐ sử dụng cơng nghệ lị PC CFB nghiên cứu: giá trị trung bình hàm lượng thủy ngân bụi nhà máy sử dụng cơng nghệ lị CFB thấp nhiên hàm lượng thủy ngân khí thải 02 nhóm lại tương đồng (khơng có mối tương quan rõ rệt) Các nhà máy sử dụng than nhập có hàm lượng thủy ngân bụi, 15 khí thải thấp hẳn so với nhà máy sử dụng than nước + Nồng độ thủy ngân khí thải cao hàm lượng bụi dịng khói, ngun nhân do: i) thủy ngân dễ bay hơi, dễ dàng tồn dạng khí; ii) phần lớn bụi dịng khói thu hồi dạng tro bay; hiệu suất thiết bị lọc bụi ESP cao lượng bụi phát tán ngồi mơi trường theo dịng khói thấp Mối tương quan hàm lượng thủy ngân bụi nồng độ thủy ngân khí thải NMNĐ thể hình 3.25 Hình 3.25 Mối tƣơng quan hàm lƣợng thủy ngân bụi nồng độ thủy ngân khí thải NMNĐ nghiên cứu 3.3.2 Phát thải bụi, thủy ngân (PBM) từ ống khói NMNĐ vào mơi trường khơng khí + Kịch cao (nhà máy B1 vận hành với công suất định mức) Kết mơ hình cho thấy giá trị bụi TSP cực đại dự báo là: 104,32µg/m3 , vị trí có tọa độ: 684702E; 2331346N Với hàm lượng thủy ngân PMB (0,235µg/Nm3 ), nồng độ TSP khí thải (chỉ xét phát thải từ 01 nguồn thải nghiên cứu, không xét tác động cộng gộp từ nguồn phát thải khác nồng độ bụi tích lũy môi trường), giá trị thủy ngân (PBM) cực đại xác định theo TSP dự báo là: 0,236x10-3 µg/m3 (kết thể hình 3.26) 16 Hình 3.26 Kết dự báo phát tán bụi TSP từ ống khói NMNĐ B1 đạt giá trị cực đại (kịch vận hành cơng suất cao) + Kịch trung bình (vận hành 80-85% công suất định mức) Kết mô hình cho thấy nồng độ bụi TSP đạt giá trị cực đại là: 81,697µg/m3 , vị trí có tọa độ: 685302E; 2330159N Thủy ngân (PBM) xác định theo bụi TSP có giá trị cực đại dự báo là: 0,185x10-3 µg/m3 Kết dự báo thể hình 3.30 Hình 3.30 Kết dự báo phát tán bụi TSP từ ống khói NMNĐ B1 đạt giá trị cực đại (kịch trung bình) 17 + Kịch thấp (NMNĐ vận hành 60-65% công suất định mức) Kết mơ hình cho thấy giá trị bụi TSP đạt giá trị cực đại là: 46,294µg/m3 vị trí có tọa độ: 685302E; 2330159N Thủy ngân (PBM) xác định theo bụi TSP dự báo đạt giá trị cực đại là: 0,105 x10-3 µg/m3 Kết dự báo mơ hình thể hình 3.34 Hình 3.34 Kết dự báo phát tán bụi TSP từ ống khói NMNĐ B1 đạt giá trị cực đại (kịch thấp) Hình 3.38 Các điểm dự báo phát tán bụi TSP/thủy ngân dạng PMB từ ống khói NMNĐ B1 đạt giá trị cực đại 18 - Với chế độ vận hành khác nhau, điểm dự báo có giá trị nồng độ bụi TSP đạt cực đại cách ống khói nhà máy: 3,811km phía Bắc - Tây Bắc (kịch cao); 2,798km (kịch trung bình) 2,502km (kịch thấp) - Nồng độ bụi TSP cực đại dự báo dao động khoảng 104,32µg/m3 (kịch cao); 81,70µg/m3 (kịch trung bình); 46,29µg/m3 (kịch thấp); tương ứng giá trị thủy ngân (PBM) dự báo dao động khoảng từ 10-3 x0,24µg/m3 (kịch cao); 103 x0,18µg/m3 (kịch trung bình); 10-3 x0,10µg/m3 (kịch thấp) - Luận án tiến hành chạy mơ hình với số liệu khí tượng dự báo cho ngày 31/10/2019 kiểm chứng (sau 20 ngày) Kết nồng độ bụi TSP cực đại thí điểm số liệu dự báo số liệu thực 01 ngày (31/10/2019) tương đối trùng khớp giá trị (TSP: 6,989µg/m3 ; thủy ngân (PBM): ~10-3 x0,016µg/m3 ) vị trí (cách ống khói nhà máy khoảng 1,5km phía Tây Nam) - Nồng độ bụi TSP lấy mẫu, phân tích vị trí dự báo đạt giá trị cực đại (31/10/2019) có giá trị cao dự báo mơ hình (kết chạy mơ hình tính toán cho 01 nguồn thải độc lập NMNĐ B1 thực tế có đóng góp bụi từ nguồn thải khác) 3.4 Các biện pháp quản lý thủy ngân NMNĐ đốt than Để quản lý hiệu thủy ngân NMNĐ đốt than, việc xác định, kiểm soát, giảm phát thải thủy ngân nguồn cần ưu tiên 3.4.1 Xác định nguồn nguyên liệu cần kiểm soát thủy ngân Đối với nguyên liệu đầu vào NMNĐ đốt than: thủy ngân tồn than nguyên liệu, đá vôi (hoặc nước biển) sử dụng để khử lưu huỳnh khói thải Kết phân tích, đánh giá tương quan tính tốn thí điểm cho trường hợp NMNĐ B1 cho thấy: lượng thủy ngân đóng góp từ than nhiên liệu chiếm tỷ trọng (gần tuyệt đối: 99,98%) Các nghiên cứu giới thủy ngân than chiếm đến 99,5% lượng thủy ngân đầu vào [42] 3.4.2 Xác định loại chất thải cần kiểm soát thủy ngân 19 Đối với loại chất thải - đầu trình đốt than NMNĐ, thủy ngân xuất trong: tro, xỉ, (thành phần không cháy hết than, thu giữ đáy lò hệ thống lắng bụi tĩnh điện - ESP), bụi, khí thải (theo ống khói phát tán môi trường), thạch cao (sản phẩm thành tạo sau đá vơi khử SO x khói thải FGD), nước thải (nước biển sau khử SOx khói thải hệ thống SWFGD) Kết phân tích, đánh giá tương quan thủy ngân thành phần chất thải cho thấy: i) chất thải trình khử SOx (thạch cao, nước thải) không chứa nhiều thủy ngân; ii) chất thải rắn, thủy ngân tập trung tro nhiều xỉ (đặc biệt tro nhà máy dùng than trộn/than nhập - bitum); iii) dịng khói, thủy ngân khí thải chiếm ưu so với bụi Các nghiên cứu giới [44,33] : 43% thủy ngân tìm thấy dịng khói tồn dạng khí Các NMNĐ sử dụng than nhập có hàm lượng thủy ngân khí thải thấp NMNĐ sử dụng than nội 3.4.3 Biện pháp quản lý, kiểm soát, giảm phát thải thủy ngân + Đối với than nguyên liệu: Xử lý, loại bỏ thủy ngân than nguyên liệu đánh giá biện pháp hiệu hiệu suất xử lý lợi ích kinh tế điều chỉnh, cải thiện thiết bị xử lý khí thải với chi phí cao Tuyển, rửa phân loại than giảm lượng tro từ 40% xuống 20-30% cao tùy thành phần khoáng than, giảm hàm lượng thủy ngân than Một số công nghệ (KFuel) áp dụng, phụ gia sử dụng quy trình rửa, tuyển than nhằm giảm thủy ngân than + Nhóm giải pháp xử lý đồng bộ: Tăng hiệu suất thiết bị xử lý bụi, khí thải (ESP, FGD, SCR) qua giảm phát thải thủy ngân hiểu biện pháp đồng xử lý Hiệu suất khử bụi, SO x tăng đồng nghĩa với việc thu hồi thủy ngân dạng oxy hóa (Hg+, Hg2+) từ dịng khói tăng Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP) thường giữ lại tro bay đồng thời giữ lại thủy ngân 20 dạng Hgp (hiệu xử lý đạt từ 4-27%); WFGD (hệ thống khử lưu huỳnh khói thải phương pháp ướt) có tác dụng loại bỏ Hg2+; riêng SCR, thủy ngân vừa hấp thụ bề mặt lọc vừa diễn q trình oxy hóa với kim loại than hoạt tính [31] Nâng cao hiệu suất đốt, áp dụng công nghệ (UC, USC ) giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải (trong có thủy ngân) + Nhóm giải pháp xử lý độc lập: Trước đây, ACI chất hấp thụ nhắc đến xử lý thủy ngân Hiện nay, chất hấp phụ nghiên cứu, sử dụng đạt hiệu cao than hoạt tính (PAC) PAC ưu tiên phun ngược dòng nhằm tạo hòa trộn tốt hơn, tăng thời gian lưu dịng khí ngun liệu Phương pháp giúp giữ lại thủy ngân dạng Hgp Hg2+ (hiệu đạt 90%) nhiên chi phí xử lý cao tương đương chi phí khử NOx [41] Giải pháp kỹ thuật khác để xử lý thủy ngân NMNĐ đốt than tăng khả oxy hóa thủy ngân cách bổ sung halogen vào nhiên liệu than có nồng độ halogen thấp dạng muối (muối clo, brom) chất khác (HCl, NH Cl), thu giữ thủy ngân qua chất tồn thể rắn Tuy nhiên, phương pháp gây ăn mòn thiết bị (thường bổ sung halogen vào thiết bị SCR nhằm hạn chế nhược điểm trên) + Nhóm giải pháp quản lý, sách: Đối với nhà máy: i) Hoàn thiện, cải thiện hệ thống quản lý môi trường nhằm quản lý chặt chẽ chất thải rắn (trong có tro, xỉ, thạch cao); đảm bảo hiệu suất thiết bị xử lý môi trường (trong trực tiếp gián tiếp xử lý thủy ngân); giám sát chặt chẽ thiết bị giám sát môi trường tự động (đánh giá hiệu hoạt động hệ thống xử lý mơi trường) ii) Kiểm tốn lượng, kiểm tốn mơi trường nội nhằm đánh giá hiệu sử dụng lượng; cân vật chất kiểm soát chất thải phát sinh trình sản xuất 21 Đối với quan quản lý nhà nước: i) Xây dựng, hồn thiện sách khuyến khích giảm phát thải thủy ngân tiến tới hạn chế phát thải thủy ngân để sở sản xuất có lộ trình phù hợp áp dụng cơng nghệ xử lý thủy ngân; ban hành văn quy phạm pháp luật, tiêu chuẩn, quy chuẩn để kiểm soát phát thải thủy ngân KẾT LUẬN Kết luận Qua kết nghiên cứu, luận án đưa số kết luận liên quan nội dung thực mục tiêu đặt ra: + Hiện trạng thủy ngân nguyên liệu đầu vào NMNĐ đốt than nghiên cứu: Hàm lượng thủy ngân than nhiên liệu NMNĐ đốt than Việt Nam nghiên cứu dao động mức 0,10,987mg/kg, thuộc ngưỡng trung bình thấp so với giới (0,0313mg/kg) Các NMNĐ đốt than trộn, than nhập Việt Nam thường có hàm lượng thủy ngân than thấp Kết phân tích hàm lượng thủy ngân đá vôi nguyên liệu 10 NMNĐ nghiên cứu dao động khoảng từ 0,008-0,018mg/kg (ngưỡng thấp so với đá vôi tự nhiên, thông thường mức 0,005-0,4mg/kg) Tương quan đóng góp thủy ngân đầu vào NMNĐ, than chiếm tỷ trọng gần tuyệt đối, lượng nhỏ thủy ngân bổ sung từ nguồn đá vôi hàm lượng thấp, phụ gia khử lưu huỳnh khói thải nên khối lượng tiêu thụ so với than Ngồi hàm lượng thủy ngân than, việc xem xét, đánh giá hàm lượng Clo than quan trọng khả oxy hóa, định hàm lượng thủy ngân thành phần sản phẩm cháy khác (tồn khí thải hay chuyển dạng PBM, tro 22 bay) Hàm lượng Clo than nhập nước ta thuộc ngưỡng trung bình (340ppm) dải giá trị giới + Xác định thủy ngân thành phần sản phẩm cháy (chất thải sau trình đốt than nhiên liệu NMNĐ): Nước thải sau khử lưu huỳnh nước biển (đầu hệ thống SWFGD) không phát thủy ngân Hàm lượng thủy ngân tro bay (0,04-1,14mg/kg); xỉ đáy lò (0,015-0,708mg/kg), thạch cao (0,08-0,32mg/kg), ngưỡng trung bình so với ngưỡng phân tích quốc gia giới Xét tương quan hàm lượng thủy ngân tro, xỉ so với hàm lượng thủy ngân than nguyên liệu quy đổi đơn vị khối lượng nhiên liệu cháy thấy thủy ngân tập trung chủ yếu tro Xỉ NMNĐ đốt than sử dụng cơng nghệ lị CFB có hàm lượng thủy ngân xu hướng cao so với NMNĐ đốt than sử dụng công nghệ lị PC đá vơi phun trực tiếp vào lị để khử lưu huỳnh khói thải tạo thành thạch cao lẫn xỉ khiến tích lũy thêm thủy ngân; nhiệt độ buồng lửa thấp khiến trình bốc khơng triệt để lị than phun (PC) Các NMNĐ sử dụng than nhập khẩu, nhà máy lắp đặt thiết bị khử NOx khói thải thủy ngân có xu hướng tập trung tro bay thay xỉ Việc thủy ngân tập trung tro chứng tỏ diễn q trình oxy hóa, chuyển thủy ngân từ khí thải sang dạng PBM liên kết/hấp thụ bề mặt hạt vật chất rắn (hạt bụi) Điều thuận lợi cho trình lưu giữ, kiểm soát quản lý thủy ngân Nếu vào tính chất dễ bay thủy ngân, lý thuyết thủy ngân tập trung khí thải NMNĐ đốt than, nhiên dịng khói di chuyển qua thiết bị thu hồi nhiệt, xử lý khí thải (ESP, FGD, SCR) nên nhiệt độ giảm dần; xuất oxy chất oxy hóa khác (đặc biệt clo) nên thủy ngân tách khỏi thể chuyển sang dạng hợp chất Hg+ Hg2+ vào pha rắn, phân bố lại sản phẩm cháy (tro bay, xỉ đáy lò, thạch cao) 23 Cũng theo lý thuyết, thủy ngân dạng chiếm 43% thủy ngân tìm thấy dịng khói sau ESP Thực tế kết phân tích NMNĐ đốt than nghiên cứu cho thấy thủy ngân dạng chiếm ưu so với bụi (thậm chí đạt 50%) Hàm lượng thủy ngân bụi NMNĐ nghiên cứu dao động khoảng 0,001-0,235µg/Nm3 ; nồng độ thủy ngân khí thải NMNĐ nghiên cứu dao động khoảng 0,001-0,447µg/Nm3 Căn nhu cầu than nhiên liệu, kết phân tích hàm lượng thủy ngân than NMNĐ nghiên cứu, xác định lượng thủy ngân đầu vào để sản xuất 01kWh điện khoảng 0,109mg + Biện pháp quản lý, kiểm soát, giảm thiểu phát thải thủy ngân: Nhận diện loại chất thải tập trung nhiều thủy ngân, loại nguyên liệu chứa nhiều thủy ngân, biện pháp xử lý, kiểm soát giảm thiểu thủy ngân (bao gồm giải pháp công nghệ quản lý) tập trung vào: 1) than nhiên liệu; 2) đồng xử lý; 3) tăng cường trình oxy hóa thủy ngân để chuyển từ khí thải sang dạng PBM/liên kết hạt vật chất rắn thuận lợi cho trình lưu giữ, quản lý Hƣớng nghiên cứu Với hướng tiếp cận lấy mẫu, phân tích thực nghiệm để xây dựng hệ số thủy ngân bụi; khí thải NMNĐ, xây dựng hệ số phát thải xác định lượng thủy ngân phát thải vào mơi trường khơng khí từ hoạt động sản xuất điện Hệ số không đồng nhà máy đặc tính nhiên liệu, chế độ hoạt động thiết bị hệ thống xử lý bụi, khí thải nhà máy có khác định Việc lấy mẫu, phân tích để đảm bảo tính thống kê xây dựng hệ số phát thải thủy ngân cho NMNĐ sử dụng than antraxit Việt Nam hướng nghiên cứu ý nghĩa khoa học thực tiễn, phục vụ trực tiếp cơng tác quản lý kiểm sốt phát thải thủy ngân từ lĩnh vực nhiệt điện 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Đào Thị Hiền, Đinh Văn Tơn, Võ Thị Cẩm Bình, Nguyễn Thúy Lan, Nguyễn Mạnh Khải (2017), “Bước đầu nghiên cứu thủy ngân số nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội: Các Khoa học Trái đất Môi trường, tập 33, số IS, 2017, tr 76-84 Đào Thị Hiền, Nguyễn Mạnh Khải, Đinh Văn Tơn, Võ Thị Cẩm Bình, Nguyễn Thúy Lan (2018), “Bước đầu phân tích, đánh giá hàm lượng thủy ngân mẫu than nguyên liệu sử dụng số nhà máy nhiệt điện Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội: Các Khoa học Trái đất Môi trường, tập 34, số (2018) tr 104-108 ... ? ?Nghiên cứu phát thải thủy ngân số nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam? ?? thực nhằm mục đích bước đầu xác định trạng thủy ngân than nguyên liệu, mức độ phát thải thủy ngân từ NMNĐ đốt than, từ đưa... Khải (2017), “Bước đầu nghiên cứu thủy ngân số nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam? ??, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội: Các Khoa học Trái đất Môi trường, tập 33, số IS, 2017, tr 76-84... nghiên cứu Nhà máy thủy ện Nhập - Lào 02 NMNĐ than Nam Trung Bộ nghiên cứu Xuất Campuchia 02 số NMNĐ than miền Nam nghiên cứu Hình 2.2 Bản đồ phân bố NMNĐ đốt than đƣợc nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên