Một trong những loại hình chất thải nguy hại đó là khí thải công nghiệp. Môi trƣờng không khí trong các đô thị và khu công nghiệp thƣờng bị ô nhiễm chủ yếu là do khí thải từ các ống khói gây ra. Trong khí thải công nghiệp thƣờng xuyên có mặt nhiều loại yếu tố độc hại khác nhau nhƣ bụi, khí SO2, CO2, NOx,
40
H2S, v.v... Các yếu tố độc hại nói trên cùng song song tồn tại trong không khí và gây tác hại tổng hợp đối với môi trƣờng sống của con ngƣời cũng nhƣ sinh vật nói chung.
Tuy nhiên, từ trƣớc tới nay, khi xem xét đánh giá chất lƣợng môi trƣờng không khí của một khu vực đô thị, nhà máy hay khu công nghiệp nào đấy, ngƣời ta thƣờng khảo sát đo đạc hoặc tính toán nồng độ ô nhiễm của các yếu tố độc hại một cách riêng rẽ và mức độ ô nhiễm môi trƣờng không khí cũng đƣợc đánh giá một cách độc lập đối với từng chất ô nhiễm khác nhau.
Mặt khác, hiện nay trong các tiêu chuẩn về môi trƣờng của Việt Nam cũng chỉ mới đƣa ra giới hạn nồng độ cho phép của từng chất ô nhiễm riêng biệt trong không khí xung quanh mà chƣa có một qui định nào về giới hạn cho phép của nhiều chất ô nhiễm đồng thời có mặt trong môi trƣờng khí. Điều này dẫn đến sự thiếu chính xác và bất hợp lý trong việc xem xét, đánh giá và so sánh chất lƣợng môi trƣờng giữa nơi này và nơi khác, giữa khu công nghiệp này và khu công nghiệp khác.
Tại Liên Xô cũ, Canada và một số nƣớc khác từ lâu ngƣời ta đã áp dụng khái niệm về giới hạn nồng độ tƣơng đối tổng cộng của nhiều chất ô nhiễm đồng thời có mặt trong môi trƣờng không khí để khắc phục tình trạng đã nêu. Đây là một đại lƣợng thứ nguyên đƣợc biểu diễn theo công thức sau [2]:
Trong đó:
C1, C2, C3 ... là nồng độ thực tế đo đƣợc hoặc tính toán đƣợc của các chất ô nhiễm 1, 2, 3..., mg/l hoặc mg/m3
;
Ccf(1), Ccf(2), Ccf(3): là giới hạn nồng độ cho phép của từng chất 1, 2, 3 ... riêng biệt, mg/l hoặc mg/m3
.
Đại lƣợng có thể đƣợc xem nhƣ một chỉ số tổng hợp về chất lƣợng môi trƣờng khí về mặt ô nhiễm hóa học. Đại lƣợng cho phép ta đánh giá, so sánh đƣợc chất lƣợng môi trƣờng theo một chỉ tiêu thống nhất. Tùy thuộc theo tính chất hóa học của các chất ô nhiễm đồng thời có mặt trong môi trƣờng khi có phản ứng với nhau làm tăng hoặc giảm giảm khối lƣợng cũng nhƣ mức độ độc hại của nhau hay không mà giới hạn cho phép của chỉ số có thể có giá trị khác nhau [2]:
41 = 1 đối với các chất: o SO2 và phenol (C6H5OH) o SO2 và NO2 o SO2 và HF o H2S, CS2 o SO2 và sol khí SO4H2
o Metanol (CH3COCH3) và phenol (C6H5OH) = 1,3 đối với các chất:
o Axit axetic (CH3COOH) và anhydrit axetic (C4H6O3) = 1,5 đối với các chất:
o Axeton (CH3COCH3) và axeto phenon (C6H5COCH3)
o Benzen (C6H6) và axeto phenon
Tóm tại, chất lƣợng hay mức độ ô nhiễm môi trƣờng khí cần đƣợc đánh giá không những theo nồng độ của từng chất ô nhiễm riêng biệt mà còn phải đƣợc đánh giá theo chỉ số tổng hợp về môi trƣờng khí của tất cả các chất ô nhiễm cùng có mặt đồng thời.
3.3.2. Phương pháp giải quyết bài toán
Để dự báo tình hình ô nhiễm môi trƣờng không khí của một khu đô thị hay khu công nghiệp rộng lớn với hàng trăm ống khói thải, ta phải sử dụng công cụ tin học để tính toán sự phân bố nồng độ của từng chất cũng nhƣ nồng độ tƣơng đối tổng cộng của tất cả các chất ô nhiễm. Phƣơng pháp tính khuếch tán ô nhiễm trong môi trƣờng không khí sử dụng mô hình khuếch tán của Gauss. Mô hình có phƣơng trình nhƣ sau [2]:
Khi xác định nồng độ chất ô nhiễm gần mặt đất (phạm vi con ngƣời sống và hệ sinh thái tồn tại) xem nhƣ z = 0, thay trị số z = 0 vào phƣơng trình (1) ta có [2]:
42
Trƣờng hợp đơn giản nhất là khi tính biến thiên nồng độ chất ô nhiễm theo trục x (theo hƣớng gió thổi, y = z = 0), thay trị số y = z = 0 vào phƣơng trình (2) ta có phƣơng trình tính nhƣ sau [2]:
Trong đó: C(x,y,z) – nồng độ chất ô nhiễm tại điểm có tọa độ x,y,z; C(x,y,0,H) – nồng độ chất ô nhiễm tại điểm có tọa độ x,y,z = 0 C(x,0,0,H) – nồng độ chất ô nhiễm tại các vị trí x, y = z = 0;
x – khoảng cách tới nguồn thải theo phƣơng x, phƣơng gió thổi (m); y – khoảng cách theo chiều ngang, cách tìm vệt khói, m;
z – chiều cao điểm tính toán (m); E – Lƣợng thải chất ô nhiễm, mg/s;
H – chiều cao hiệu quả của ống khói (m); H = h + ∆H;
Ở đây:
h – chiều cao thực của ống khói;
∆H – độ nâng cao của vệt khói; ∆H = hv + ht
- Chiều cao gia tăng nhờ vận tốc tại miệng thải, m;
- Gia tăng chiều cao theo nhiệt độ khói, m; D – đƣờng kính miệng thải của ống khói, m;
ω – vận tốc luồng khí tại miệng ống khói, m/s;
∆t – chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, K hoặc o C; U – tốc độ gió trung bình ở chiều cao hiệu quả (H) của ống khói, m/s;
σy, σz – các thành phần ngang và đứng của hệ số khuếch tán rối của khí quyển.
43
Theo Pasquill độ ổn định của khí quyển đƣợc chia thành 6 cấp khác nhau: A, B, C, D, E, F (hoặc 1, 2, 3, 4, 5, 6) tùy theo tốc độ gió, bức xạ mặt trời ban ngày hoặc mây ban đêm (tham khảo phụ lục B - bảng phân cấp độ ổn định của khí quyển). Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao cũng ảnh hƣởng đến độ ổn định của khuếch tán:
Càng lên cao nhiệt độ càng giảm (thƣờng gặp) ta có chế độ không ổn định về khuếch tán.
Ngƣợc lại, nếu càng lên cao nhiệt độ càng tăng thì ta có chế độ ổn định về khuếch tán.
Trung tính là khi gradt = -1oC/100m.
Khi tính toán, để xác định vị trí các nguồn thải (ống khói nhà máy, xí nghiệp), mặt bằng toàn khu vực xung quanh đƣợc chia thành các ô cờ, kích thƣớc mỗi ô cờ là 250m x 250m. Các ống khói của nguồn nằm ở ô cờ nào thì xem nhƣ nằm đúng tâm của ô cờ đó. Giá trị nồng độ chất ô nhiễm trong mỗi ô cờ định lƣợng cho ta mức độ ô nhiễm của mỗi chất tính toán trên toàn khu vực.
Một ví dụ về thiết lập bản đồ ô nhiễm môi trƣờng không khí do công nghiệp của khu vực nội thành Hà Nội gây ra với số liệu đầu vào gồm:
- Số liệu khí tƣợng của Trạm Khí tƣợng Láng – Hà Nội, trích trong quyển Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4088-85 [2].
- Số liệu nguồn thải là số liệu điều tra trực tiếp tại từng cơ sở theo các mẫu qui định. Số liệu này đƣợc điều tra trong khoảng thời gian cuối năm 1996 và đầu năm 1997. Ngoài ra để thu thập tất cả các số liệu ĐTM của các cơ sở cho vấn đề dự báo môi trƣờng năm 2000. Trong kế hoạch đã phê duyệt thì có 12 cơ sở trong nội thành phải dời ra ngoại thành. Từ các cơ sở số liệu nhƣ trên, chúng ta có thể dự báo số liệu nguồn thải cho năm 2000 [2].
44
Hình 3.3.2.1 Bản đồ ô nhiễm bụi lơ lửng trong mùa hè năm 1996
Hình 3.3.2.2 Bản đồ ô nhiễm bụi lơ lửng trong mùa hè dự báo cho năm 2000.
Từ kết quả tính toán ô nhiễm môi trƣờng không khí do công nghiệp của khu vực nội thành gây ra ta nhận thấy môi trƣờng không khí khu vực nội thành nhƣ sau:
45
Về bụi lơ lửng: Năm 1996 và 1997, trong khu vực, đặc biệt xung quanh các nhà máy Cao – Xà – Lá, Bóng đèn phích nƣớc ... trong một khu vực có đƣờng kính khoảng 1750m, nồng độ bụi lơ lửng lớn hơn tiêu chuẩn cho phép (TCCP) trung bình khoảng từ 2 đến 4 lần. Dự báo năm 2000, phạm vi ô nhiễm bị thu lại còn một diện tích rất hẹp đƣờng kính khoảng 500m xung quanh khu vực nhà máy Bóng đèn phích nƣớc, nồng độ bụi lớn hơn TCCP trung bình khoảng từ 2 đến 3 lần.
Về khí SO2: Năm 1996 và 1997: Trong khu vực, đặc biệt xung quanh các nhà máy Cao – Xà – Lá, Bóng đèn phích nƣớc ... trong một khu vực có đƣờng kính khoảng 1500m, nồng độ khí SO2 lớn hơn TCCP khoảng từ 2 đến 3 lần. Dự báo đến năm 2000: Phạm vi bị ô nhiễm bị thu lại còn một diện tích rất hẹp, trong một ô cờ xung quanh khu vực Nhà máy Nhựa giấy Bình Minh, nồng độ không khí SO2 lớn hơn TCCP khoảng 1,5 lần.
Khu vực Mai Động:
Về bụi lơ lửng: Năm 1996 và 1997: Trong khu vực, đặc biệt xung quanh các Nhà máy Dệt 8-3, Dệt Minh Khai, Thực phẩm xuất khẩu ... trong một khu vực có đƣờng kính khoảng 2500m, nồng độ bụi lơ lửng lớn hơn TCCP khoảng 2 tới 3 lần. Dự báo năm 2000, phạm vi ô nhiễm bị thu lại còn một khu vực hẹp dài khoảng 500m, nồng độ bụi lơ lửng chỉ xấp xỉ TCCP.
Về khí SO2: Từ số liệu tính toán cho thấy khu vực Mai Động không bị ô nhiễm khí SO2.
3.4. Kết luận
Trong chƣơng này đã trình bày những kiến thức cơ bản về GIS và cách thức tạo bản đồ chuyên đề để áp dụng xây dựng bản đồ chuyên đề hiện trạng xử lý chất thải nguy hại. Chƣơng 3 cũng đã đƣa ra đƣợc bài toán áp dụng GIS để đánh giá và cảnh báo tác động tại các khu công nghiệp thải khí nguy hại đối với môi trƣờng xung quanh. Chƣơng tiếp theo của luận văn sẽ trình bày phần cài đặt cụ thể cho bài toán ứng dụng GIS để cảnh báo tác động CTNH tại nơi xử lý và tại các điểm xử lý chất thải nguy hại.
46
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI DỰA TRÊN GIS
Chƣơng 4 của luận văn sẽ trình bày kiến trúc hệ thống minh họa và các bƣớc xây dựng chƣơng trình thực nghiệm cảnh báo tác động môi trƣờng tại điểm xử lý CTNH.
4.1. Kiến trúc hệ thống Quản lý CTNH ứng dụng GIS
4.1.1. Chức năng cơ bản
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, mô hình của hệ thống phải đƣợc xây dựng với các chức năng cơ bản sau:
a. Chức năng lưu trữ dữ liệu.
Chức năng lƣu trữ dữ liệu bao gồm lƣu trữ dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.
Dữ liệu không gian:
Các lớp bản đồ hành chính tỉnh, huyện, xã trong toàn quốc. Các đối tƣợng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng đa giác
Lớp bản đồ các tuyến giao thông chính trong toàn quốc. Các đối tƣợng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng đƣờng gấp khúc
Lớp bản đồ sông và ao hồ chính. Các đối tƣợng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng đa giác
Lớp bản đồ các đối tƣợng tiêu huỷ các chất thải nguy hại. Các đối tƣợng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng điểm
Bản đồ gốc cần cho hệ thống là bản đồ nền địa hình, tỷ lệ 1:50.000 toàn quốc đƣợc tích hợp các thông tin thuộc tính của các lớp ranh giới, hành chính, giao thông, địa hình, dân cƣ, thủy hệ. Hệ quy chiếu của bản đồ là VN2000.
Ban đầu, khi xây dựng hệ thống, thông tin và vị trí địa lý sẽ đƣợc nhập cho một số đối tƣợng tại một tỉnh thí điểm. Khi hệ thống đƣợc đƣa vào sử dụng, vị trí địa lý các đối tƣợng đƣợc quản lý trong hệ thống là các đơn vị xử lý chất thải sẽ đƣợc cập nhật dần vào các lớp bản đồ tƣơng ứng, còn thông tin thuộc tính sẽ đƣợc thừa kế từ các cơ sở dữ liệu đã có sẵn hoặc đƣợc cập nhật trực tiếp vào hệ thống.
47
Các lớp địa giới hành chính: tên địa phƣơng
Lớp bản đồ giao thông: tên các tuyến đƣờng chính
Lớp bản đồ thuỷ hệ: Tên các con sông và các hồ chính
Lớp bản đồ các đối tƣợng tiêu huỷ thải chất nguy hại
b. Chức năng tương tác với nguời dùng
Cập nhật đối tượng vào hệ thống: Ngƣời dùng có thể từ máy trạm, thông qua trình duyệt Internet cập nhật đối tƣợng mới vào hệ thống (Thêm mới đối tƣợng trực tiếp từ bản đồ). Đối tƣợng mới là nhà máy xử lý chất thải. Vị trí của đối tƣợng đƣợc xác định trên bản đồ dựa vào toạ độ tâm đối tƣợng đo đƣợc ở ngoài thực tế hoặc dựa vào các địa vật khác đã có sẵn trên bản đồ nhƣ ranh giới xã, huyện, tỉnh, đƣờng giao thông, sông, hồ.
Cập nhật thuộc tính các đối tượng vào hệ thống: Thuộc tính nhƣ tên nhà máy, tên giám đốc, điện thoại, địa chỉ, khối lƣợng chất thải nguy hại trung bình hàng tháng đƣợc xử lý... của các đối tƣợng đƣợc quản lý có thể đƣợc cập nhật vào hệ thống từ trình duyệt Internet. Việc cập nhật có thể thực hiện cho từng đối tƣợng đơn lẻ hoặc theo đơn vị hành chính, ví dụ nhƣ cập nhật thông tin về các công ty xử lý chất thải nguy hại trong một huyện hoặc một tỉnh.
Tạo thống kê: Các thống kê đƣợc thiết lập với các nội dung sau:
Thống kê toàn quốc hoặc theo đơn vị hành chính các điểm xử lý chất thải nguy hại;
Thống kế các loại chất thải đƣợc nhóm theo phƣơng pháp xử lý do các đơn vị tiêu huỷ đăng ký;
Thống kê các loại hình chất thải đối với từng điểm xử lý chất thải.
Xây dựng bản đồ hiện trạng:
Bản đồ mật độ các nhà máy tiêu huỷ chất thải nguy hại theo đơn vị hành chính;
Biểu đồ dạng bánh biểu thị tƣơng quan khối lƣợng ứng với từng danh mục chất thải nguy hại đƣợc xử lý tƣơng ứng với từng điểm xử lý chất thải nguy hại. Tiêu chí tổng hợp có thể là: Tổng khối lƣợng từng loại chất thải nguy hại trong một năm hoặc theo từng tháng.
Hiển thị bản đồ theo từng dải màu biểu diễn mức độ khối lƣợng xử lý chất thải của từng tỉnh. Mỗi màu tô đặc trƣng cho một khoảng giá trị,
48
vị dụ, khối lƣợng chất thải nguy hại đƣợc xử lý trên địa bàn một tỉnh đƣợc thải ra dƣới 100 tấn/năm thì huyện sẽ đƣợc tô màu vàng, từ 101 đến 500 tấn/năm thì tô màu hồng...
Phân phối bản đồ hiện trạng, thông tin hiện trạng xử lý CTNH lên internet.
4.1.2. Kiến trúc hệ thống
Chƣơng trình đƣợc xây dựng theo kiến trúc sau:
Hình 5.1.2.1 Mô hình kiến trúc tổng thể hệ thống CTNH ứng dụng GIS
Hệ thống cho phép quản lý bản đồ hiện trạng số liệu xử lý CTNH tại các điểm xử lý và tiêu hủy chất thải. Hệ thống quản lý CTNH ứng dụng GIS gồm hai phân hệ chính: Desktop và Web.
49
Phân hệ Desktop là ứng dụng chạy trên máy cá nhân, phụ trách việc trình bày bản đồ hiện trạng và xuất bản bản đồ lên web, gồm các chức năng chính sau:
o Module cập nhật thông tin CTNH: là các chức năng liên quan đến việc xử lý nhập thông tin hiện trạng về tình hình xử lý CTNH tại từng điểm xử lý CTNH và bắn điểm lên bản đồ.
o Module Quản lý bản đồ hiện trạng xử lý CTNH: Gồm các chức năng:
Thêm mới trực tiếp các điểm xử lý CTNH lên bản đồ và thêm mới thông tin về các điểm xử lý CTNH đó.
Trình bày và hiển thị bản đồ theo dải màu tùy theo khối lƣợng xử lý CTNH tại từng tỉnh đƣợc thống kê.
50
Trình bày và hiển thị thống kê theo dạng pie chart hiện trạng xử lý CTNH tại từng điểm xử lý CTNH.
Hình 4.1.2.3 Minh họa trình bày thống kê hiện trạng xử lý CTNH