CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Địa điểm, thời gian
*Địa điểm
Nghiên cứu được thực hiện tại nhà máy Vitech, cụm cơng nghiệp Tân Hồng – Hồn Sơn, Bắc Ninh.
*Thời gian thực hiện:
Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 4 năm 2014 đến tháng 10 năm 2014.
2.2. Phƣơng pháp luận và phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp luận:
Phương pháp luận rất đơn giản, đó là dùng các số liệu, cơng cụ đo đạc và mơ hình để đánh giá hiện trạng chất lượng mơi trường khơng khí khu vực nhà máy. Từ đó tìm ra biện pháp giảm thiểu.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
a) Phương pháp tham khảo, thu thập số liệu liên quan
Tuỳ từng ngành khoa học, người nghiên cứu sử dụng các phương pháp thu thập thông tin khác nhau.
Các loại thông tin: Các cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung và đối tượng nghiên cứu; Kết quả nghiên cứu của các đồng nghiệp trong và ngoài ngạnh; Sự kiện/số liệu; Tài liệu thống kê.
Các dạng tồn tại của thông tin: - Tài liệu: Tác phẩm khoa học, Sách giáo khoa, Tạp chí chuyên ngành, báo chí, các báo cáo khoa học... - Hiện vật: Dạng tồn tại trong thực tế của vật chất.
Các phương pháp chủ yếu để thu thập thông tin: Nghiên cứu tài liệu hoặc đối thoại trực tiếp với đồng nghiệp; quan sát trên đối tượng khảo sát; Thực nghiệm trực tiếp trên đối tượng khảo sát hoặc trên những vật mô phỏng.
Trong nghiên cứu khoa học, nhà nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp cơ bản sau để thu thập thông tin:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Mục đích nghiên cứu tài liệu là tìm hiểu lịch sử nghiên cứu, nắm bắt những nội dung đồng nghiệp đi trước đã làm, không mất thời gian lặp lại những công việc mà đồng nghiệp đi trước đã thực hiện. Nội dung phân tích có thể bao gồm: Phân tích nguồn, phân tích tác giả, phân tích nội dung và tổng hợp tài liệu
- Phương pháp phi thực nghiệm: Là một phương pháp thu thập thông tin dựa trên sự quan sát, quan trắc những sự kiện đã hoặc đang tồn tại, trên cơ sở đó phát hiện quy luật của sự vật hoặc hiện trượng. Trong phương pháp phi thực nghiệm, người nghiên cứu chỉ quan sát những gì đã và đang tồn tại, khơng có bất cứ sự can thiệp nào gây biến đổi trạng thái của đối tượng nghiên cứu.
- Phương pháp thực nghiệm: Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong các ngành khoa học thực nghiệm. Thực nghiệm là phương pháp thu thập thơng tin bằng cách quan sát trong điều kiện có gây biến đổi đối tượng khảo sát một cách chủ định. Bằng cách thay đổi tham số, người nghiên cứu có thể thu được những kết quả mong muốn, như: Tách riêng từng phần thuần nhất của đối tượng nghiên cứu để quan sát; Biến đổi các điều kiện tồn tại của đối tượng nghiên cứu; Rút ngắn được thời gian tiếp cận trong quan sát; Tiến hành những thực nghiệm lặp lại nhiều lần để kiểm tra lẫn nhau; Không bị hạn chế về không gian và thời gian.
- Phương pháp trắc nghiệm.
Các thông tin thu thập được phục vụ cho luận văn bao gồm:
- Thông tin liên quan đến hiện trạng môi trường khu vực xung quanh nhà máy.
- Thông tin về quy mô sản xuất, công nghệ sản xuất của nhà máy. - Thông tin về nguyên liệu sử dụng của nhà máy.
b) Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu
Tổng hợp và xử lý số liệu hay dữ liệu là một trong các bước cơ bản của một nghiên cứu, bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu; thu thập số liệu; xử lý số liệu; phân tích số liệu và báo cáo kết quả. Xác định rõ vấn đề nghiên cứu giúp việc thu
thập số liệu phải xác định trước các yêu cầu của phân tích để có thể thu thập đủ và đúng số liệu như mong muốn.
Điều cốt lõi của phân tích số liệu là suy diễn thống kê, nghĩa là mở rộng những hiểu biết từ một mẫu ngẫu nhiên thành hiểu biết về tổng thể, hay còn gọi là suy diễn quy nạp. Bản thân số liệu chỉ là số liệu thô, qua xử lý phân tích trở thành thơng tin và sau đó thành tri thức. Đây chính là điều mà các nghiên cứu đều mong muốn.
Phương pháp này sẽ bổ sung cho phương pháp trên. Tức sau khi thu thập đầy đủ các thông tin, số liệu về vấn đề nghiên cứu cần phải tổng hợp, xử lý và phân tích chúng. Từ kết quả phân tích có thể đưa ra các suy diễn cho vấn đề nghiên cứu, từ đó tìm ra biện pháp giải quyết.
c) Phương pháp mơ hình hóa
Mơ hình hóa là phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm trên mơ hình của một hiện tượng thay vì nghiên cứu trực tiếp hiện tượng ấy ở dạng tự nhiên. Hay nói cách khác, phương pháp mơ hình hóa nghiên cứu hệ thống thơng qua việc xây dựng các mơ hình hoạt động của nó. Phương pháp mơ hình hóa được sử dụng khi biết rõ các yếu tố đầu vào, đầu ra và các phép biến đổi bên trong hệ thống.
Trong báo cáo này sử dụng mơ hình lan truyền chất ơ nhiễm trong khơng khí để tính tốn nồng độ phát thải các chất ơ nhiễm và lan truyền các chất ơ nhiễm trong khí quyển từ các nguồn điểm.
Hiện nay, trên thế giới, có rất nhiều các mơ hình tính tốn ơ nhiễm mơi trường khơng khí chia thành 3 hướng chính sau đây:
* Hướng 1: Mơ hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết Gauss.
Các nhà khoa học có cơng phát triển hướng mơ hình này là Taylor, Sutton, Tunner… và hiện nay được các nhà khoa học trên thế giới hoàn thiện thêm.
* Hướng 2: Mơ hình thống kê thủy động lực học sử dụng lý thuyết khuếch
tán rối trong điều kiện khí quyển có phân tầng nhiệt, mơ hình này được Berliand hồn thiện và áp dụng thành cơng ở Nga (nên cịn gọi là mơ hình Berliand).
* Hướng 3: Mơ hình số trị phải giải một hệ từ 7-9 phương trình nhiệt động
lực học, cân bằng ẩm và cân bằng tạp chất. Hướng nghiên cứu này đang ở giai đoạn thử nghiệm, chưa thu được kết quả mấy.
Có lẽ mơ hình thích hợp để phản ánh đầy đủ hiện tượng lan truyền các chất ô nhiễm từ một nguồn thải ra môi trường xung quanh là mơ hình Gauss. Tác động ơ nhiễm từ nguồn phát thải được biểu diễn bằng sự phân bố nồng độ các chất trong không gian 3 chiều (x, y, z). Trong thực tế, trục của nguồn phát là không ổn định, chúng ta có thể xem nó dao động quanh một vị trí, một đường trục trung bình. Nồng độ ơ nhiễm phân bố trên các mặt cắt đứng theo hàm Gauss phụ thuộc vào cường độ thải các nguồn, tác động gió, chiều cao và đặc biệt là điều kiện khí quyển. Chính vì sự lan truyền chất ơ nhiễm ra mơi trường xung quanh rất nhạy cảm với điều kiện khí quyển và mơ hình Gauss với sự phát triển của Sutton hay Pasquill phản ánh được yếu tố đó nên ta sẽ chọn mơ hình này để trình tính tốn tác động mơi trường.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Hiện trạng chất lƣợng mơi trƣờng khơng khí tại nhà máy Vitech
3.1.1. Chất lượng mơi trường khí thải
Hoạt động sản xuất của ngành đúc cơ khí khơng thể tránh khỏi việc phát sinh các khí thải. Tuy nhiên, tùy vào cơng nghệ, nhiên liệu nhà máy sử dụng và các biện pháp giảm thiểu mà tác động của các loại khí thải này đến mơi trường là ít hay nhiều.
Vào ngày 15/8/2014, trong điều kiện thời tiết có nắng nhẹ, nhiệt độ ngoài trời 25ºC, điều kiện phù hợp để lấy mẫu. Do đó, tại nhà máy Vitech, đã tiến hành đo đạc mơi trường khơng khí tại một số vị trí vào ngày 15/8/2014, mẫu được phân tích tại Trung tâm khoa học công nghệ và môi trường ETS cho ra kết quả như sau:
Bảng 3.1. Kết quả phân tích mơi trường khơng khí khu vực sản xuất
Chỉ tiêu đo đạc Phƣơng pháp TCVS
TT Kết quả 3733/2002/QĐ- và phân tích thử nghiệm BYT, trong 8h 1 Bụi lơ lửng (mg/m3) 0,328 TCVN 5065:1995 8 2 Tiếng ồn (dBA) 78-82 TCVN 5965:1995 85 3 Nhiệt độ (oC) 24,8 34 4 Độ ẩm (%) 68,4 Đo nhanh 80 (Testo 610) 5 Tốc độ gió (m/s) 0,4 0,4* 6 Ánh sáng (lux) 162 150** 7 NO2 (mg/m3) 0,192 TCVN 6138:1996 5 8 SO2 (mg/m3) 0,138 TCVN 5971:1995 5 9 CO (mg/m3) 3,11 TCVN 5972:1995 20
10 Hơi nhôm (mg/m3) <0,001 NOISH 2 11 Hơi đồng (mg/m3) <0,001 NOISH 0,1
Theo kết quả phân tích như trên, chất lượng mơi trường khơng khí khu vực sản xuất (lị đúc) của nhà máy đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép theo TCVS 3733/2002/QĐ-BYT, trong 8h. (Kết quả đo đạc chỉ có giá trị tại thời điểm lấy mẫu).
Bảng 3.2. Kết quả phân tích mơi trường khơng khí xung quanh
Chỉ tiêu đo đạc Phƣơng pháp QCVN
TT Kết quả 05:2013/BTNMT, và phân tích thử nghiệm trong 1h 1 Bụi lơ lửng (µg/m3) 146 TCVN 5065:1995 300 2 Tiếng ồn (dBA) 61-66 TCVN 5965:1995 70 (QCVN 26:2010) 3 NO2 (µg/m3) 148 TCVN 6138:1996 200 4 SO2 (µg/m3) 125 TCVN 5971:1995 350 5 CO (µg/m3) 1250 TCVN 5972:1995 30000
Nhận xét: Kết quả đo đạc, phân tích mẫu khơng khí khu vực xung quanh tại
khu vực hành lang vào xưởng sản xuấtcách xưởng sản xuất 5m, cách vị trí ống thốt khí của nhà máy 100 m có các chỉ tiêu đều đạt QCVN 05:2013/BTNMT, trong 1h và QCVN 26:2010/BTNMT, khu vực thông thường, từ 6h đến 21h.
Bảng 3.3. Kết quả phân tích mơi trường khơng khí sau ống thốt khí
TT Kết quả Phƣơng pháp QCVN 19:2009/ Chỉ tiêu phân tích thử nghiệm BTNMT, cột B
K1 K2
1 Bụi (mg/Nm3) 59,4 47,1 TCVN 5067:1995 200 2 NO2 (mg/Nm3) 108,6 124,8 TCVN 6138:1996 850 3 SO2 (mg/Nm3) 31,5 48,3 TCVN 5971:1995 500 4 CO (mg/Nm3) 206,8 184,5 TCVN 5972:1995 1000 5 Hơi nhôm <0,01 KPT NOISH -
(mg/Nm3)
6 Hơi đồng <0,01 KPT NOISH 10
(mg/Nm3)
Ghi chú: K1 – Mẫu khơng khí lấy sau ống thốt khí khu vực đúc
Nhận xét: Tất cả các chỉ tiêu đo đạc tại thời điểm lấy mẫu đều nằm trong giới
hạn cho phép theo QCVN 19:2009/BTNMT, cột B.
3.1.2. Phương pháp thực hiện lấy mẫu* Địa điểm quan trắc lấy mẫu: * Địa điểm quan trắc lấy mẫu:
Việc lựa chọn địa điểm quan trắc và lấy mẫu cần phải tuân thủ nguyên tắc sau: địa điểm phải phản ánh được chất lượng khơng khí từ các hoạt động đúc cơ khí. *Chiều cao lấy mẫu
Độ cao điểm đo và chiều cao lấy mẫu phải phản ánh được tác động của ơ nhiễm khơng khí do hoạt động đúc cơ khí đến chất lượng khơng khí phải thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Không gần nguồn thải
+ Khơng bị ảnh hưởng của địa hình
+ Phản ánh đúng nồng độ nền của khu vực. *Phương pháp lấy mẫu 1:
Một mẫu đại diện của khí được lấy từ bên trong đường ồn bằng một đầu dò lấy mẫu và được chuyển đến bộ phận thu mẫu qua hệ thống ổn định khí mẫu và đường ống dẫn mẫu. Trên q trình mẫu chuyển đến bộ phận thu mẫu, các khí được ổn định để loại sol khí, bụi và các chat cản trở khác.
Hệ thống thu mẫu được sử dụng là: lấy mẫu khí vào dụng cụ chứa.
Quy trình kỹ thuật quan trắc: các khí ơ nhiễm được lấy mẫu bằng cách hút một mẫu khí qua hệ dãy ống nghiệm chứa dung dịch hấp thụ chọn lọc, sau khi lấy mẫu dung dịch hấp thụ được bảo quản, vận chuyển về phịng thí nghiệm và tiến hành phân tích.
Phương pháp này được dùng để xác định một số khí ơ nhiễm như: SO2, NOx, hơi axit, hơi kiềm, hơi kim loại…
Mức độ đại diện của mẫu cho nguồn thải phụ thuộc vào: tính đồng đều của tốc độ khí trong mặt phẳng lấy mẫu; Nồng độ khí cần xác định; Độ ẩm của khí ống khói; Sự xâm nhập của khơng khí…
* Phương pháp lấy mẫu 2:
Mẫu khí được hút ra và đưa vào bộ phận thu mẫu. Về nguyên tắc, bộ phận thu mẫu gồm: Đầu dò lấy mẫu: Một bộ tách bụi, đặt ở trước hệ thống ống hấp thụ; Hệ thống ống hấp thụ; Hệ thống bơm hút; Hệ thống đo lưu lượng khí; có thiết bị loại hơi ẩm.
*Quy trình kỹ thuật quan trắc và phân tích bụi: dựa theo TCVN 5977-2009.
Nguyên tắc: Một đầu lấy mẫu dạng thon được đặt trong ống dẫn; hướng vào dịng khí đang chuyển động, và mẫu khí được lấy mẫu một cách đẳng tốc trong một khoảng thời gian đã định. Vì có sự phân bố khơng đồng đều của bụi ở trong ống dẫn nên cần lấy nhiều mẫu ở nhiều điễm đã chọn trên thiết bị ống dẫn. Bụi trong mẫu khí được tách ra bằng một cái lọc, sau đó được làm khơ và cân.
Nồng độ bụi được tính từ lượng cân bụi và thể tích mẫu khí. Lưu lượng của bụi được tính từ nồng độ bụi và tốc độ thể tích của khí trong ống dẫn.
*Lấy mẫu và phân tích hàm lượng NO2 trong khí thải:
Nito oxit trong mẫu khí được hấp thụ vào dung dịch hydro peroxyt kiềm (1,2 mol/l NaOH/ 0,6% H2O2) khi có mặt ion đồng (Cu2+) để nito oxit bị oxi hóa thành ion nitrit. Ở những nồng độ trên, ion nitrat không sinh ra trong dung dịch hấp thụ cản trở việc tạo mầu. Nồng độ nitrit được xác định bằng cách dùng máy trắc quang đo độ hấp thụ của dung dịch tạo mầu từ phản ứng của sunfanilamit với naphtyletylendiamin (NEDA) ở bước sóng 545 nm.
*Lấy mẫu và phân tích hàm lượng SO2 trong khí thải:
Sự hấp thụ lưu huỳnh dioxit có trong mẫu khí thải khi đi qua dung dịch axit sunfuric. Điều chỉnh độ pH của dung dịch mẫu đạt tới 3,5 bằng dung dịch natri hydroxit hoặc dung dịch axit perocloric. Xác định nồng độ khối lượng các ion sunfat có trong dung dịch mẫu đã xử lý bằng cách chuẩn độ với dung dịch bari perclorat khi dùng Thorin làm chất chỉ thị và tính tốn nồng độ khối lượng lưu huỳnh dioxit.
3.2. Tính tốn tải lƣợng chất ơ nhiễm khơng khí trong q trình đốt cháy nhiên
liệu
3.2.1. Nhiên liệu dùng cho q trình sấy khn
Đối với cơng nghệ đúc cơ khí của nhà máy Vitech Việt Nam, kim loại sau khi nấu chảy sẽ được rót vào khn đúc để định hình sản phẩm. Sản phẩm được lấy ra khỏi khn sau khi định hình. Trước khi lấy sản phẩm ra khỏi khn sẽ tiến hành sấy khn.
Mục đích của q trình sấy nhằm nâng cao độ bền, tính thơng khí và giảm bớt khả năng tạo khí của khn và lõi khi rót kim loại. Sấy chỉ thực hiện khi cần đúc những chi tiết yêu cầu kỹ thuật cao, vật đúc lớn và cao, có hình dạng phức tạp, nhiều phần lồi lõm, chịu lực lớn.
Thực chất của quá trình sấy là dùng một nguồn nhiệt để làm bốc hơi nước trong khuôn và lõi. Song song với q trình bốc hơi nước cịn có q trình oxy hóa các chất dính kết.
Nhiệt độ và thời gian của quá trình sấy tỉ lệ nghịch với nhau. Nhiệt độ sấy càng cao thì hơi nước bốc càng nhanh, tốc độ sấy cao, thời gian sấy giảm. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao làm cho hơi nước bốc hơi q mạnh, có mặt ngồi khơ nhanh cịn phía trong ẩm làm cho hỗn hợp co giãn không đều, dễ sinh nứt nẻ. Nhiệt độ sấy thấp quá thì tốc độ sấy chậm, khuôn và lõi sấy không khô nên dễ sinh khuyết tật đúc. Nhiệt độ trung bình nhà máy sử dụng khoảng 250 - 300ºC.
Nhà máy sử dụng hai loại nhiên liệu cho quá trình sấy là dầu FO và Gas (LPG) [8].
* Dầu FO:
Lượng dầu FO sử dụng cho q trình sấy khn là 2,5 kg dầu FO/1 tấn sản phẩm, cơng suất của lị sấy: 30 tấn/h.
Với công suất hiện tại của nhà máy là 20.000 tấn sản phẩm/tháng. Như vậy, lượng dầu FO sử dụng cho q trình sấy khn của nhà máy khoảng 50.000 kg dầu FO/tháng tương đương 70 kg/h.
3.2.2. Tính tốn tải lượng ơ nhiễm từ q trình sấy sử dụng nhiên liệu là dầu FO của nhà máy
Theo Giáo trình ơ nhiễm khơng khí và xử lý khí thải, tập 3, của Trần Ngọc Chấn. Chúng ta có thể tính tốn được nồng độ của các chất ơ nhiễm trong quá trình