Với tỷ lệ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng lần lượt là 95%, 45% và 25% tương ứng với vụ đông xuân, hè thu và vụ thu đông, kết quả kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt hở rơm rạ được trình bày trong Bảng 3.9.Từ Bảng 3.9 cho thấy phát thải CO2 từ hoạt động đốt rơm rạ là cao nhất (trung bình vụ Đông Xuân năm 2019 là 15 triệu tấn, vụ Hè Thu 5,7 triệu tấn và vụ Thu Đông 1,4 triệu tấn) vì CO2 là sản phẩm chính từ quá trình cháy. Tiếp theo lần lượt là TSP, PM10 và PM2,5, SO2 và thấp nhất là NO2. Điều đáng lưu ý là phát thải của PAHs trên bụi và VOCs cũng đóng góp một lượng đáng kể vào quá trình phát thải. Do kết quả kiểm kê phụ thuộc vào lượng rơm rạ đem đốt và hệ số phát thải đối với từng thông số, vì vậy lượng khí thải phát sinh tại vụ Thu Đông luôn cao nhất, tiếp theo là vụ Hè Thu và cuối cùng là vụ Thu Đông.
Bảng 3.9. Ước tính phát thải theo mùa vụ của năm 2019 tại miền Tây Nam Bộ
Đơn vị: Tấn
Thông số Đông Xuân Hè Thu Thu Đông
CO2 15080860 5702050 1449710
SO2 16680 6310 1600
NO2 15960 6030 1530
Thông số Đông Xuân Hè Thu Thu Đông PM10 164890 62340 15850 TSP 187860 71030 18060 VOC 130 50 10 PAH/TSP 150 6 10 PAH/PM10 150 60 10 3.2.2. Mức độ phát thải hàng năm
3.2.2.1. Lượng rơm rạ phát sinh tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ
Dựa vào số liệu của niên giám thống kê từ năm 2016 đến năm 2020 cho thấy sản lượng lúa của các tỉnh không có sự biến đổi lớn, trung bình từ 23,6 – 24,5 nghìn tấn/ năm, chiếm tỷ lệ từ 55,6 – 56,7% sản lượng lúa trong cả nước [147]. Từ kết quả điều tra thực tế và tham khảo một số tài liệu đã công bố cho thấy, tỷ lệ rơm rạ: sản lượng lúa là 1,3 [9, 10], khi đó lượng rơm rạ phát sinh cho từng khu vực và cho cả vùng miền Tây Nam Bộ được xác định ( Bảng 3.10).
Bảng 3.10. Lượng rơm rạ phát sinh trong 5 năm tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ Đơn vị: Tấn Tỉnh 2016 2017 2018 2019 2020 Long An 3642860 3436160 3643380 3607370 3679260 Tiền Giang 1648530 1624090 1630850 1460030 1041560 Bến Tre 113880 311740 307710 278330 76830 Trà Vinh 1243190 1478620 1648400 1636570 1221610 Vĩnh Long 1220310 1225250 1260350 1180790 1163630 Đồng Tháp 4415840 4168840 4329260 4354740 4386850 An Giang 5167110 5043480 5104970 5095090 5218330 Kiên Giang 5410080 5276310 5547620 5578950 5887050 Cần Thơ 1817140 1803360 1854190 1775670 1811160 Hậu Giang 1600300 1639300 1619930 1636700 1682330
Tỉnh 2016 2017 2018 2019 2020
Sóc Trăng 2822430 2736630 2772510 2823730 2693340
Bạc Liêu 1291030 1399970 1449890 1491880 1522560
Cà Mau 587600 579800 689910 683150 580970
Tổng 30980300 30723550 31858970 31603000 30965480
3.2.2.2. Ước tính phát thải tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ
Qua quá trình khảo sát thực tế cho thấy tỷ lệ đốt rơm rạ trong thời gian nghiên cứu tại miền Tây Nam Bộ là 95%, 45% và 25% tương ứng với vụ đông xuân, hè thu và vụ thu đông, trong khi đó kết quả của một số công trình cũng chỉ ra tỷ lệ đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ là 80-98% [9, 10, 124]. Vì vậy trong nghiên cứu này, tác giả đã tính toán xác định tỷ lệ đốt rơm rạ phù hợp nhất, trung bình cả năm là 55% so với lượng rơm rạ phát sinh. Hiệu suất cháy (MCE) áp dụng để tính toán trong trường hợp này được lấy từ giá trị trung bình hiệu suất cháy của các thí nghiệm đốt, tức là MCE
= 0,9 (mục 1.3.1). Khi đó, áp dụng công thức tính toán kiểm kê phát thải được trình bày trong Chương 2 (công thức số 2.12) nghiên cứu đã ước tính được lượng phát thải của các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ trong 5 năm liên tiếp từ 2016 -2020 (Bảng 3.10).
Bảng 3.11. Ước tính phát thải hàng năm tại miền Tây Nam Bộ
Đơn vị: Tấn
Thông số 2016 2017 2018 2019 2020
CO2 19343600 19183290 19892220 19732400 19334340
SO2 21400 21220 22000 21830 21390
Thông số 2016 2017 2018 2019 2020 PM10 211500 209740 217500 215750 211400 TSP 240960 238960 247790 245800 240840 VOC 170 160 170 170 170 PAH/TSP 190 190 200 200 190 PAH/PM10 200 200 200 200 200
Bảng 3.10 trình bày xu hướng phát thải hàng năm từ hoạt động đốt rơm rạ, giai đoạn 2016–2020 tại miền Tây Nam Bộ. Kết quả chỉ ra không có sự khác biệt đáng kể giữa các năm, 2,6% –5,6%. Lượng phát thải của các chất ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ trong 5 năm từ 2016 đến 2020 có giá trị lần lượt là: 20 triệu tấn CO2, 22 nghìn tấn SO2, 21 nghìn tấn NO2, 193 nghìn tấn PM2,5, 218 nghìn tấn PM10, 248 nghìn tấn TSP, 170 tấn VOC, 200 tấn PAHs trên bụi. Lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ việc đốt rơm rạ tại đồng ruộng tập trung tại các tỉnh có diện tích trồng lúa lớn như Kiên Giang, An Giang và Đồng Tháp (14-17,5% tổng phát thải các tỉnh miền Tây Nam Bộ) (Hình 3.3).
Hình 3.3. Tỷ lệ phần trăm đóng góp lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ của các tỉnh miền Tây Nam Bộ
3.3. Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ khí tại miền Tây Nam Bộ
3.3.1. Tác động của bụi
Nồng độ trung bình của PM trong các mẫu nền và mẫu đốt được trình bày trong Hình 3.4, kết quả chi tiết trong bảng Phụ lục 3. Nồng độ PM trong mẫu nền thấp hơn giá trị giới hạn cho phép trung bình ngày của tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh của Việt Nam (200 µg/m3 đối với TSP, 150 µg/m3 đối với PM10 và 50 µg/m3 đối với PM2,5 ) [148]. Điều đó chứng tỏ quá trình đốt rơm rạ làm phát sinh một lượng lớn các chất ô nhiễm dạng bụi vào không khí khu vực nghiên cứu. Kết quả cũng cho thấy không có sự khác biệt rõ ràng về nồng độ PM trong mẫu đốt giữa các địa điểm quan trắc (các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long) và thời điểm quan trắc (năm 2018 và 2019). Các kết quả này tương tự như nghiên cứu của Kim Oanh và cộng sự (2011) ở Thái Lan, trong đó các phương pháp quan trắc và điều kiện đốt là giống nhau giữa hai nghiên cứu.
Hình 3.4. Chênh lệch nồng độ của PM trong mẫu nền và mẫu đốt
Tỷ lệ trung bình trong mẫu đốt của PM10/TSP là 0,82 (từ 0,73 đến 0,89) trong khi đó tỷ lệ trung bình của PM2,5 /PM10 là 0,89 (từ 0,8 đến 0,97) (Hình 3.4). Những kết quả này chỉ ra rằng các hạt bụi mịn (PM2,5) có vai trò đóng góp chính so với các hạt bụi có kích thước lớn hơn. Những kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả được thực hiện ở Thái Lan, trong đó bụi mịn PM2,5 cũng được xác định có đóng góp chính vào thành phần bụi từ quá trình đốt rơm rạ [116]. Phát hiện này rất có ý nghĩa và cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn trong việc đánh giá các nguy cơ đối với sức khỏe của các hạt bụi mịn được phát thải từ quá trình đốt rơm rạ đối với cộng đồng địa phương. N ồn g độ ( µ g/ m 3 )
Hình 3.5. Tỷ lệ % phân bố giữa các dải bụi trong mẫu đốt tại các địa điểm nghiên cứu
3.3.2. Tác động của PAHs trên bụi
3.3.2.1. Nồng độ PAHs trên bụi
a) Nồng độ PAHs trong môi trường nền
Nồng độ của PAHs trên bụi trong mẫu nền và trong mẫu đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng được trình bày trong Bảng 3.2. Nồng độ trung bình của ∑ 16PAHs trên TSP trong mẫu nền là 3,18 ± 0,81 ng/m3 tại Vĩnh Long và 3,84 ± 0,96 ng/m3 tại Cần Thơ, trong khi chúng là 2,71 ± 0,71 ng/m3 tại Vĩnh Long và 2,54 ± 0,85 ng/m3 tại Cần Thơ trên PM10 (Hình 3.6 và Hình 3.7). Một nghiên cứu được thực hiện trong vụ xuân hè ở miền Bắc Việt Nam cũng cho kết quả tương tự [17]. Kết quả so sánh cho thấy, không có sự khác biệt đáng kể về nồng độ của các PAHs tại các vị trí lấy mẫu khác nhau. Các địa điểm lấy mẫu trong nghiên cứu này được đặt ở giữa cánh đồng, không bị ảnh hưởng bởi các cơ sở công nghiệp và khu dân cư. Như phần trên đã trình bày, 16 PAHs được liệt kê theo danh mục của US-EPA và được chia thành hai nhóm. Nhóm 1 được định nghĩa là PAHs gây ung thư (cPAHs), bao gồm B[a]A, Chry, B[b]F, B[k]F, B[a]P, D[ah]A và I [1,2, 3-cd] P. Nhóm 2 được định nghĩa là các PAHs không gây ung thư (ncPAHs) với Nap, Acy, Ace, Flu, Phe, Ant, Fth, Pyr và
góp của PAHs từ quá trình đốt sinh khối thì B[a]A, Chry, D[ah]A và I[1,2,3-
cd]P, thuộc nhóm cPAHs và được xác định là các hợp chất PAHs chiếm ưu thế trên
bụi. Xét về khả năng độc hại đối với sức khỏe con người, B[b]F và B[a]P được quan tâm nhiều nhất [149]. Nồng độ trung bình của cPAHs và ncPAHs trong mẫu nền lần lượt là 0,75
± 0,30 ng/m3 (22%) và 2,71 ± 0,72 ng/m3 (78%) đối với TSP; 0,54 ± 0,25 ng/m3
(21%) và 2,01 ± 0,70 ng/m3 (79%) đối với PM10. Trong nhóm cPAHs, nồng độ của B[b]F và B[a]P chiếm ưu thế trên cả TSP và PM10. B[b]F chiếm 34% của nhóm cPAHs trên TSP và 38% của nhóm cPAHs trên PM10, trong khi B[a]P chiếm 28% của nhóm cPAHs trên TSP và 32% của nhóm cPAHs trên trên PM10
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Hình 3.6. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Cần Thơ
N ồn g độ (µ g/ m 3)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Hình 3.7. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Vĩnh Long b) Nồng độ PAHs trên bụi trong mẫu đốt
Nồng độ của ∑ 16PAHs trong các mẫu đốt tại Vĩnh Long và Cần Thơ lần lượt là 2749,58 ± 225,41 ng/m3 và 2866,90 ± 497,42 ng/m3 trên TSP và 2402,28 ± 322,13
ng/m3 và 2582,72 ± 585,77 ng/m3 trên PM10 (Bảng 3.11, Bảng 3.12). Từ Hình 3.8, Hình 3.9 cho thấy, tương tự nồng độ PAHs trong môi trường nền, đó là không có sự khác biệt đáng kể về nồng độ của ∑ 16PAHs trong quá trình đốt giữa các vị trí lấy mẫu khác nhau đối với cả TSP và PM10. Nồng độ trung bình của ∑ 16PAHs trên PM trong mẫu đốt cao hơn lần lượt là 809 lần và 974 lần so với nồng độ của chúng trong mẫu nền đối với TSP và PM10 (Bảng 3.12 và Bảng 3.13, Hình 3.8 và Hình 3.9). Nồng độ trung bình của nhóm cPAHs và ncPAHs lần lượt là 894,38 ± 142,05 ng/m3 (32%) và 1905,47 ± 233,02 ng/m3 (68%) đối với TSP; trong khi chúng là 825,66 ± 171,55 ng/m3 (33%) và 1653,95 ± 275,71 ng/m3 (67%) trên PM10. Đối với nhóm ncPAHs, các PAHs có 2 và 3 vòng benzen chiếm tỷ lệ rất thấp (5% ở TSP và 7% ở PM10). Các PAHs này tồn tại ở pha khí nhiều hơn ở pha bụi [150, 151]. Nồng độ của nhóm cPAHs tăng đáng kể trong quá trình đốt so với mẫu nền, từ 22%
TSP PM10 N ồn g độ (µ g/ m 3)
trong mẫu nền và 32% trong mẫu đốt trên TSP; 21% trong mẫu nền và 33% trong mẫu đốt trên PM10. Các cPAHs
có bốn và năm vòng benzen tăng nhiều nhất trên cả TSP và PM10, lần lượt là B[b]F> Chry> B[a]P> B[a]A (Hình 3.10). Mặc dù B[a]P không phải là chất có tỷ lệ phần trăm tăng nhiều nhất của đốt rơm rạ so với mẫu nền, nhưng hợp chất này rất nguy hiểm đối với sức khỏe vì B[a]P có độc tính gây ung thư rất cao do cấu trúc phân tử góc cạnh của nó [150].
Bảng 3.12. Nồng độ trung bình của PAHs trên TSP
PAH
Nồng độ PAHs trên TSP, ng/m3, (250C, 1 atm)
Vĩnh Long (n= 4) Cần Thơ (n= 3) Nền Đốt Nền Đốt Nap 0,28 ± 0,02 25,21 ± 3,23 0,36 ± 0,08 33,77 ± 6,60 Acy 0,19 ± 0,02 28,38 ± 26,12 0,25 ± 0,08 25,75 ± 10,44 Ace 0,35 ± 0,2 34,74 ± 3,36 0,43 ± 0,12 34,61 ± 6,66 Flu 0,05 ± 0,01 5,20 ± 1,13 0,08 ± 0,01 6,51 ± 0,57 Phe 0,45 ± 0,06 33,25 ± 4,88 0,45 ± 0,05 33,57 ± 7,55 Ant 0,28 ± 0,12 15,23 ± 2,68 0,37 ± 0,11 20,73 ± 8,21 Fth 0,35 ± 0,05 1538,66 ± 84,04 0,51 ± 0,6 1448,26 ± 204,72 Pyr 0,51 ± 0,1 213,31 ± 23,35 0,46 ± 0,07 285,27 ± 67,83 B[a]A 0,08 ± 0,03 145,66 ± 19,74 0,04 ± 0,02 149,87 ± 25,10 Chry 0,08 ± 0,01 209,23 ± 19,18 0,07 ± 0,01 232,43 ± 33,39 B[b]F 0,24 ± 0,04 240,42 ± 36,40 0,27 ± 0,11 302,02 ± 65,89 B[k]F 0,03 ± 0,00 37,69 ± 6,15 0,06 ± 0,05 46,07 ± 9,90 B[a]P 0,18 ± 0,06 174,64 ± 9,74 0,25 ± 0,11 185,93 ± 34,39 D[a,h]A 0,02 ± 0,01 34,08 ± 2,65 0,06 ± 0,01 39,97 ± 11,6 B[g,h,i]P 0,03 ± 0,01 12,77 ± 4,38 0,09 ± 0,05 18,29 ± 3,81 I[1,2,3-cd]P 0,07 ± 0,05 3,35 ± 0,43 0,08 ± 0,02 3,85 ± 0,75 Tổng 3,18 ± 0,81 2749,58 ± 225,41 3,84 ± 0,96 2866,90 ± 497,42
Bảng 3.13. Nồng độ trung bình của PAHs trên PM10 PAH Nồng độ PAHs trên PM10, ng/m3, (250C, 1 atm) Vĩnh Long (n= 4) Cần Thơ (n= 3) Nền Đốt Nền Đốt Nap 0,13 ± 0,04 22,43 ± 4,67 0,22 ± 0,10 32,02 ± 7,16 Acy 0,09 ± 0,03 27,25 ± 4,52 0,11 ± 0,07 23,12 ± 6,70 Ace 0,27 ± 0,12 28,31 ± 1,77 0,31 ± 0,05 31,98 ± 8,27 Flu 0,02 ± 0,00 4,10 ± 0,51 0,03 ± 0,02 5,07 ± 1,32 Phe 0,24 ± 0,06 30,29 ± 3,8 0,43 ± 0,13 34,75 ± 8,92 Ant 0,25 ± 0,08 14,20 ± 2,20 0,36 ± 0,02 18,06 ± 8,07 Fth 0,34 ± 0,08 1290,48 ± 115,74 0,48 ± 0,04 1286,01± 335,07 Pyr 0,37 ± 0,09 200,04 ± 17,42 0,40 ± 0,20 240,50 ± 32,82 B[a]A 0,04 ± 0,02 130,48 ± 28,71 0,01 ± 0,00 145,32 ± 25,99 Chry 0,06 ± 0,01 159,51 ± 53,60 0,06 ± 0,02 208,97 ± 48,58 B[b]F 0,20 ± 0,06 242,77 ± 49,47 0,22 ± 0,10 285,22 ± 55,29 B[k]F 0,01 ± 0,01 34,27 ± 7,17 0,03 ± 0,03 45,54 ± 12,92 B[a]P 0,16 ± 0,04 170,93 ± 23,16 0,19 ± 0,12 172,89 ± 21,86 D[a,h]A 0,01 ± 0,01 32,16 ± 5,36 0,02 ± 0,01 34,63 ± 8,15 B[g,h,i]P 0,02 ± 0,01 12,23 ± 3,51 0,03 ± 0,02 15,26 ± 3,55 I[1,2,3-cd]P 0,03 ± 0,03 2,83 ± 0,53 0,04 ± 0,03 3,37 ± 1,10 Tổng 2,71 ± 0,71 2402,28 ± 322,13 2,54 ± 0,85 2582,72 ± 585,77
Ghi chú: Chữ viết tắt của PAHs: naphthalene (Nap), acenaphthylene (Acy), acenaphthene (Ace), fluorene (Flu), phenanthrene (Phe), anthracene (Ant), fluoranthene (Fth), pyrene (Pyr), benzo[a]anthracene (BaA), chrysene (Chry), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), dibenz (a,h)anthracene (DahA), benzo (g,h,i)perylene (BghiP) and ideno[1,2,3-c,d]pyrene (I(1,2,3-cd)P).
2000
1500
1000
500
0
Hình 3.8. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Cần Thơ
2000
1500
1000
500
0
Hình 3.9. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Vinh Long
TSP PM10 N ồn g độ ( µ g/ m 3 )
Nap Acy Ace Flu Phe Ant Fth Pyr B[a]A Chry B[b]F B[k]F B[a]P D[a,h]AB[g,h,i]PI[1,2,3-cd]P
N ồ n g đ ộ ( µ g /m 3 )
Hình 3.10. Sự chênh lệch nồng độ của PAHs trên bụi trong mẫu nền và mẫu đốt
Hình 3.10 cũng chỉ ra sự gia tăng đáng kể nồng độ của PAHs trên bụi trong quá trình đốt so với môi trường nền, do đó luận án cũng xem xét đến khả năng gia tăng của hàm lượng PAHs trên các dải bụi khác nhau của mẫu đốt so với mẫu nền. Kết quả được trình bày trong mục tiếp theo.
3.3.2.2. Hàm lượng PAHs trên bụi
Đối với môi trường nền, nghiên cứu cho thấy hàm lượng của ∑ 16PAHs trên TSP là 24,68 ± 11,27 µg/g tại Vĩnh Long và 16,57 ± 4,80 µg/g tại Cần Thơ. Chúng là 61,74 ± 25,51 µg/g tại Vĩnh Long và 30,27 ± 3,01 µg/g tại Cần Thơ trên PM10
(Bảng 3.14 và Bảng 3.15). Tuy nhiên, những giá trị này đã tăng lên đáng kể trong mẫu đốt. Hàm lượng của ∑ 16PAHs trên PM trong quá trình đốt tại Vĩnh Long và Cần Thơ lần lượt là 807,57 ± 70,12 µg/g, 909,53 ± 116,47 µg/g trên TSP và 942,58 ± 183,73 µg/g và 932,60 ± 76,10 µg/g trên PM10. Hàm lượng trung bình của ∑
16PAHs trong PM trong mẫu đốt cao hơn nhiều so với chúng trong mẫu nền,
khoảng 851 lần đối với TSP và 938 lần đối với PM10. Kết quả Bảng 3.14 và Bảng 3.15 cũng chỉ ra rằng không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng của ∑ 16PAHs giữa các tỉnh trên cả TSP và PM10.
Bảng 3.14. Hàm lượng trung bình của PAHs trên TSP