CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Khái quát điều kiện tự nhiên và hiện trạng chất lượng khơng khí
1.4.3. Hiện trạng chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội
1.4.3.1. Các nguồn phát thải chất ơ nhiễm khơng khí ở Hà Nội
Nguồn công nghiệp
Hà Nội có rất nhiều cơ sở sản xuất quốc doanh thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các liên doanh và đầu tư trực tiếp từ nước ngoài đang hoạt động tại các khu cơng nghiệp chính (Minh Khai – Vĩnh Tuy, Thượng Đình, Đơng Anh, Trương Định – Đuôi Cá, Văn Điển – Pháp Vân, Cầu Diễn – Nghĩa Đô, Gia Lâm – Yên Viên, Sài Đồng, Chèm, Cầu Bươu). Ngồi các khu cơng nghiệp nêu trên, cịn nhiều nhà máy cũ nằm phân tán, xen kẽ trong các khu dân cư nội thành. Phần lớn các cụm công nghiệp này chủ yếu được xây dựng từ những năm 60 - 70, cơ sở hạ tầng thấp kém, hệ số đổi mới thiết bị thấp, nước thải, khí thải khơng được xử lý nên gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [7,14]. Ngồi 9 khu cơng nghiệp cũ, Hà Nội cịn có các khu cơng nghiệp mới với tổng diện tích quy hoạch là 1.229,06 ha. Phần lớn các nhà máy này đều sử dụng than hoặc dầu là nhiên liệu chính. Những nhà máy lớn thải bụi qua các ống khói, phần lớn các ống khói có chiều cao dưới 35m. Theo đánh giá của nhiều đề tài nghiên cứu khoa học thì đa số các nhà máy khơng có hệ thống lọc bụi trước khi thải vào khí quyển hoặc nếu có thì hoạt động khơng hiệu quả. Vì vậy nguồn cơng nghiệp vẫn phải được coi là một trong những nguồn phát thải bụi chính trên địa bàn Hà Nội. Với hàng loạt các khu cơng nghiệp nêu trên đã hình thành một vành đai cơng nghiệp "bao vây tứ phía" thành phố Hà Nội, bất cứ gió thổi hướng nào cũng làm ơ nhiễm công nghiệp lan truyền đến các khu dân cư và gây ơ nhiễm khơng khí nội thành Hà Nội.
Hoạt động giao thông vận tải là một nguồn gây ơ nhiễm khơng khí lớn nhất ở Hà Nội, đặc biệt là những loại phương tiện quá hạn sử dụng và trong điều kiện cơ sở hạ tầng yếu kém. Cơ sở hạ tầng cho giao thông đô thị Hà Nội chưa tốt, quy mô nhỏ và số lượng hạn chế, chưa đủ cho nhu cầu sử dụng. Hệ thống dịch vụ vận chuyển hành khách công cộng hiện mới được quan tâm và chỉ đáp ứng được 5% nhu cầu đi lại của người dân thành phố. Tắc nghẽn giao thông xảy ra chủ yếu là do nhu cầu đi lại ngày một lớn mà cơ sở hạ tầng khơng đủ để đáp ứng. Cường độ dịng xe ở Hà Nội lớn, đường hẹp, nhiều ngã ba, ngã tư, chất lượng đường kém, phân luồng hạn chế, xe đi lẫn lộn, ách tắc giao thông thường xuyên xảy ra vào giờ cao điểm, xe luôn phải thay đổi tốc độ, dừng lâu nên lượng khí độc hại CO, SO2, NO2, CxHy, và các hợp chất chứa bụi, khói và tiếng ồn do xe thải ra rất lớn. Nhiều loại phương tiện giao thơng đã q cũ góp phần phát thải nhiều bụi vào mơi trường khơng khí. Đường Hà Nội vẫn còn chật và rất bẩn, nhiều đất, bụi, vì vậy, khi xe cộ chạy qua đã cuốn theo lượng bụi lớn, cần phải tính đến trong đóng góp chung của hoạt động giao thơng [27].
Các nguồn phát thải khác
Ngồi hai nguồn phát thải chính là cơng nghiệp và giao thơng, sinh hoạt và xây dựng cũng là những nguồn phát sinh bụi và khí độc vào mơi trường khơng khí ở Hà Nội. Để phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, người dân trong khu vực đô thị sử dụng lượng nhiên liệu khá lớn để đun nấu thức ăn, làm nghề. Nhiên liệu sử dụng trong sinh hoạt khá đa dạng như than tổ ong, than cục, khí đốt.... Than tổ ong tiêu thụ ở Hà Nội khá lớn có thể phát sinh khí độc và bụi vào khí quyển, gây ơ nhiễm cục bộ. Mức phát thải tại nơi tập trung dân cư, các khu tập thể cao tầng thuộc diện lớn và có thể coi nguồn phát thải là nguồn mặt [19].
Hoạt động xây dựng có thể phát sinh lượng bụi trong quá trình vận chuyển nguyên vật liệu như xi măng, cát, đất hay trong q trình xây cất khơng được che đậy. Hoạt động xây dựng ở Hà Nội đang diễn ra khắp nơi với quy mô rất khác nhau. Bên cạnh cơng trường xây dựng vẫn có các hoạt động xây dựng, sửa chữa nhỏ lẻ diễn ra ở mọi nơi. Hiện nay và trong vài năm tới phát thải bụi do hoạt động xây dựng vẫn sẽ
là một trong những nguồn phát thải chính trên địa bàn Hà Nội. Phát thải này có thể xem như là phát thải nguồn mặt. Trong tính tốn có thể gộp nguồn phát thải này vào cùng với nguồn phát thải do sinh hoạt [7].
1.4.3.2. Hiện trạng chất lượng khơng khí khu vực Hà Nội
Trong báo cáo tóm tắt qui hoạch môi trường Hà Nội đến năm 2020 - định hướng đến năm 2030 [38] đã chỉ ra rằng, hầu hết ở các điểm quan trắc trong giai đoạn 2004 - 2011 tại 6 địa điểm (khu Thượng Đình, khu Mai Động, khu dân cư Nam Thành Công và tại Ngã Tư Kim liên – Giải Phóng) đều bị ơ nhiễm bụi TSP nặng, nặng nhất là ở ngã Tư Kim Liên - Giải phóng, cao hơn trị số quy chuẩn quốc gia cho phép từ 3- 5 lần, mức ô nhiễm bụi cao tiếp theo là khu Mai Động, khu Thượng Đình, ơ nhiễm thấp hơn là khu dân cư Nam Thành Công (xem Hình 1.3). “Nhìn chung, mơi trường khơng khí ở thủ đơ Hà Nội hiện đang bị ô nhiễm nặng nề về bụi TSP, nồng độ bụi trung bình gấp 2 - 3,5 lần QCCP. Ơ nhiễm các khí độc hại SO2, NO2, CO, Pb, CnHn cịn mang tính cục bộ, chủ yếu xảy ra ở các nút giao thông lớn hoặc bên cạnh các cơ sở sản xuất có đốt than, dầu”.
Hình 1.3. Nồng độ bụi TSP trung bình của trung bình 6 đợt quan trắc trong năm của một số địa điểm của TP Hà nội từ năm 2004 - 2011 (mg/m3)
Ngoài đánh giá dựa vào số liệu quan trắc theo phương pháp truyền thống như trên, báo cáo cũng đã sử dụng chỉ số AQI để tính tốn chỉ số CLKK cho các điểm có số liệu, sau đó tiến hành nội ngoại suy để để đánh giá CLKK cho toàn thành phố Hà Nội. Kết quả tính tốn chỉ số CLKK AQI đơn lẻ cho từng thông số ô nhiễm chỉ ra rằng thành phố Hà Nội hầu như chưa bị ô nhiễm bởi các thơng số ơ nhiễm khí NO2, CO, ngoại trừ đối với thơng số SO2 đã có 5 điểm bị ơ nhiễm. Kết quả tính cũng cho thấy hầu như tất cả các quận nội thành Hà Nội đều bị ô nhiễm bụi từ mức ô nhiễm nhẹ, trung bình đến mức ô nhiễm nặng. Một số khu vực bị ô nhiễm bụi nặng nằm trong các quận Hoàng Mai, Hai Bà Trưng, Đống Đa, Thanh Xuân. Khu vực Lĩnh Nam - Pháp Vân (Hồng Mai) bị ơ nhiễm bụi nặng nhất trong năm. Các khu vực có CLKK tốt đối với thơng số bụi là các khu vực ngoại thành, vùng nơng thơn ở phía Nam Hà Nội. Kết quả tính tốn chỉ số CLKK tổng hợp (AQI0) năm 2010 cho thấy:“nhìn chung CLKK Hà Nội nằm trong thang đánh giá ở mức từ chưa bị ô nhiễm đến bị ơ nhiễm nhẹ và trung bình. Các khu vực có CLKK tốt là những khu vực xa nội thành (chủ yếu là các khu vực Hà Nội mới được sát nhập từ sau năm 2008) đều nằm trong vùng khơng khí có chất lượng tốt. Những khu vực nội thành Hà Nội cũ trước đây có CLKK tương đối tốt là khu vực quận Tây Hồ, quận Ba Đình. Các khu vực cịn lại trong nội thành Hà Nội bị ô nhiễm nhẹ, một số làng nghề bị ơ nhiễm trung bình và ơ nhiễm nặng” [38].
Tiểu kết luận chương 1
1. CLKK nói chung và CLKK đơ thị nói riêng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Lượng và loại chất ơ nhiễm được thải vào trong khơng khí đóng vai trị chủ yếu trong việc xác định mức độ ơ nhiễm khơng khí ở một khu vực cụ thể. Ngoài ra, những nhân tố khác như yếu tố khí tượng, các đặc tính hóa học vật lý của chất ơ nhiễm cũng có ảnh hưởng đến CLKK. Chất lượng khơng khí kém có thể do tổ hợp của các nhân tố. 2. Cây xanh mặt nước cũng đóng vai trị rất quan trọng đối với CLKK. Rất nhiều cơng trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cây xanh có khả năng giảm thiểu bụi và một số chất ô nhiễm rất hiệu quả. Tuy nhiên, một số loài cây xanh cũng là những nguồn phát thải VOCs. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nếu độ che phủ của cây xanh trong một
khu vực nào đó cao thì cây xanh có thể hấp thụ các chất ơ nhiễm khơng khí cao hơn những khu vực có độ che phủ cây xanh thấp. Gần đây, nhiều cơng trình nghiên cứu trên thế giới cũng đã tiến hành những tính tốn định lượng về khả năng lọc bụi của cây xanh trong đơ thị cũng như ước tính được giá trị bằng tiền về lợi ích do cây xanh đem lại với vai trị làm sạch khơng khí. Ở Việt Nam, trong các nghiên cứu về CLKK, yếu tố cây xanh, mặt nước chưa được tính đến trong các bài tốn đánh giá cụ thể.
3. Trong các phương pháp đánh giá chất lượng khơng khí như phương pháp đo đạc trực tiếp, phương pháp mơ hình hóa, sử dụng chỉ số chất lượng mơi trường thì phương pháp mơ hình hóa được sử dụng phố biến, hiệu quả và là một trong những thành phần không thể thiếu trong hệ thống kiểm soát và quản lý CLKK. Phương pháp mơ hình hóa đã được phát triển và ứng dụng trong đánh giá CLKK đô thị từ các loại nguồn thải khác nhau như nguồn điểm, nguồn đường, nguồn mặt. Một số nghiên cứu liên quan đến đánh giá và dự báo chất lượng môi trường không khí ở Việt Nam nói chung và Hà Nội nói riêng đã được thực hiện trong nhiều năm qua ở một số trường đại học như ĐHQG Hà Nội, ĐH Xây dựng, Viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường,…
4. Trong một vài năm trở lại đây, chỉ số chất lượng môi trường đã được sử dụng trong một số nghiên cứu, báo cáo đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí ở Hà Nội. Một số cải tiến chỉ số này cũng đã được thực hiện cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI
2.1. Phương pháp mơ hình hóa trong đánh giá chất lượng khơng khí
2.1.1. Cơ sở lý thuyết về lan truyền chất ơ nhiễm trong mơi trường khơng khí
Khi mơ tả q trình khuếch tán rối chất ơ nhiễm trong khơng khí bằng các mơ hình tốn học thì mức độ ơ nhiễm mơi trường khơng khí được đặc trưng bởi trị số nồng độ trung bình của chất ơ nhiễm hoặc tần suất xuất hiện nồng độ chất ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép. Trên cơ sở đó, tiến hành thành lập các sơ đồ, các bản đồ ô nhiễm để đánh giá hiện trạng và dự báo mức độ ô nhiễm cho khu vực nghiên cứu.
Để xem xét sự phân bố nồng độ chất ơ nhiễm trong khí quyển, có thể xuất phát từ bức tranh cấu trúc khuếch tán rối kết hợp với những bức ảnh chụp được từ các luồng khí thải phụt ra từ miệng ống khói. Dưới tác dụng của gió tự nhiên, các luồng khí thải phụt lên từ miệng ống khói sẽ bị uốn cong theo chiều gió, chất ơ nhiễm dần dần được khuếch tán rộng và tạo nên vệt khói [15, 24, 31]. Dịng khí thải khi ra khỏi ống khói lập tức bị pha trộn với khơng khí của mơi trường xung quanh, mức độ pha lỗng tăng lên khi nó chuyển động xi theo chiều gió. Nếu xét profil nồng độ (sự phân bố của nồng độ theo chiều cao hay theo khoảng cách) thì nồng độ chất ơ nhiễm ban đầu tăng lên rất mạnh theo trục vệt khói, sau đó giảm dần theo khoảng cách và hầu như không biến đổi ở một khoảng cách nhất định nào đó. Đối với bụi nặng, khả năng lan truyền thường không xa mà chủ yếu gây ô nhiễm ở khu vực gần ống khói. Khi trời lặng gió, luồng khí thải phụt thẳng đứng và gây ơ nhiễm chủ yếu xung quanh ống khói.
Trong trường hợp tổng qt, trị số trung bình nồng độ chất ơ nhiễm trong khơng khí phân bố theo thời gian và khơng gian được mơ tả từ phương trình xuất phát của vận chuyển, khuếch tán rối và biến đổi hóa học đầy đủ [15, 24, 31] như sau:
C C z C K z y C K y x C K x z C V y C V x C V t C z y x z y x
Trong đó:
C: Nồng độ trung bình chất ơ nhiễm trong mơi trường khơng khí (mg/m3). x, y, z: Các thành phần tọa độ OX, OY, OZ.
Vx, Vy, Vz: Các thành phần của tốc độ gió theo 3 trục toạ độ OX, OY, OZ. Kx, Ky, Kz: Các thành phần của hệ số khuếch tán rối theo 3 trục OX, OY, OZ. α: Hệ số tính đến sự thâm nhập chất ơ nhiễm từ môi trường xung quanh. β: Hệ số tính đến sự biến đổi hoá học của chất ô nhiễm trong quá trình lan
truyền.
Tuy nhiên, phương trình (2.1) rất phức tạp, chứa nhiều ẩn số và chỉ là một hình thức mơ phỏng sự vận chuyển chất ơ nhiễm. Trên thực tế, để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hóa trên cơ sở thừa nhận một số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các giả thiết phù hợp với điều kiện cụ thể.
Dựa trên cơ sở lý thuyết khuếch tán và phương trình vi phân tổng quát, các nhà khoa học trong đó có Sutton, Berliand theo cách giải riêng của mình đã đưa ra được các cơng thức tính nồng độ chất ơ nhiễm phân bố trong khơng gian và các cơng thức tính nồng độ cực đại cũng như các khoảng cách đạt cực đại tương ứng [11, 15, 24, 31, 87, 88].
2.1.2. Mơ hình lan truyền chất ơ nhiễm ISC3
Mơ hình lan truyền chất ơ nhiễm ISC3 [31, 94] là một phiên bản của mơ hình ISC được phát triển trên lý thuyết của Gauss. Mơ hình cho phép tính toán tổng hợp nhiều dạng nguồn khác nhau trong cùng một file số liệu đầu vào như nguồn điểm, nguồn đường, nguồn mặt. Ưu điểm của mơ hình này là đã tính đến độ phân tầng và độ cao xáo trộn của khí quyển cũng như mức phát thải theo giờ trong ngày. Kết quả đầu ra của mơ hình có thể là giá trị nồng độ cực đại lớn nhất theo giờ tại điểm tiếp nhận vì thế có thể dùng để đánh giá mức độ ơ nhiễm khơng khí. Mơ hình ISC3 khác với một số mơ hình đó là tính tốn sự lan truyền chất ơ nhiễm trên nền bản đồ GIS. Phần mềm ISC3 được Cục Bảo vệ môi trường Mỹ xem như là phần mềm chuẩn trong các đánh giá về mơi trường khơng khí ở các vùng đô thị và nông thôn.
Cơng thức tính tốn nồng độ chất ơ nhiễm tại điểm có tọa độ x, y, z từ nguồn điểm phát thải liên tục, đạt trạng thái dừng có dạng:
2 y z y s y 5 . 0 exp u 2 QKVD (2.2) Trong đó: : Nồng độ chất ô nhiễm (mg/m3);
Q: Lượng phát thải của chất ô nhiễm ở điều kiện tiêu chuẩn (g/s); K: Hệ số chuyển đổi có giá trị bằng 1.103
D: Đại lượng vô thứ nguyên đặc trưng cho biến đổi vật lý và hóa học của chất ơ nhiễm trong quá trình lan truyền;
V: Thành phần (vô thứ nguyên) đề cập đến ảnh hưởng của chiều cao ống khói, độ cao điểm tiếp nhận …;
y, z: Là độ lệch chuẩn của phân bố nồng độ theo phương ngang và thẳng đứng (m), thường được gọi là Hệ số phát tán chất ô nhiễm.