Dự án nhiệt điện bao gồm các nhà máy chạy bằng dầu, khí, than… Hệ thống gồm các thành phần chính là tuốc bin, máy phát và các hạng mục có liên quan như hệ thống làm mát, hệ thống lọc khí, các khu vực chứa và cung cấp nhiên liệu, các khu vực thải chất rắn, trạm và các tuyến đường dây đầu nối… Quy mơ, vị trí của nhà máy quyết định quy mô của các hạng mục liên quan trong hệ thống. Dự án nhiệt điện có khả năng ảnh hưởng đến môi trường bao gồm các vấn đề sau đây:
1. Các tác động tiêu cực của dựa án nhiệt điện có thể xảy ra cả trong thời gian xây dựng dự án và trong suốt thời gian quản lý vận hành nhà máy. Các ảnh hưởng có thể gây ra trong q trình xây dựng như: Chuẩn bị mặt bằng (thu dọn, san ủi, nạo vét sông, tiêu nước, trữ nước, sử dụng các khu vực làm mỏ, bãi thải. Sự tập trung đông một lực luợng công nhân, các cán bộ kỹ thuật đến công trường xây dựng gây tác động lớn đến môi trường xã hội cho cộng đồng địa phương, di chuyển các máy xây dựng, nhiên liệu thải xuống sông trong quá trình thi cơng làm ơ nhiễm nguồn nước gây ảnh hưởng đến sinh hoạt và đời sống của nhân dân vùng dự án…)
2. Nhà máy nhiệt điện gây ảnh hưởng lớn đến mơi trường là khí thải của nhà máy (Làm ảnh hưởng dến khơng khí trong vùng có hoạt động của nhà máy). Cụ thể như: Sulfur dioxide (SO2), oxide nitrogen (NOX), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) và đặc biệt là cịn có thể có các vết kim loại tạo ra trong q trình đốt nhiên liệu. Mức độ ơ nhiễm hay ảnh hưởng phụ thuộc vào quy mô của nhà máy và các hạng mục có liên quan, loại và chất lượng của nhiên liệu được sử dụng, công nghệ đốt nhiên liệu… Độ khuếch tán và mức độ tập trung
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hoàng Hưng
gần mặt đất phụ thuộc vào nhiều quan hệ mang tính chất phức tạp về vật lý của từng nhà máy, các đặt điểm lý, hóa của chất thải, các điều kiện về khí tượng trong vùng trong thời gian hoạt động và việc đưa chất thải vào khơng khí của nhà máy từ ống khói xuống mặt đất, phụ thuộc vào điều kiện địa hình quanh nhà máy và các khu vực phụ cận, điều kiện của các thành phần tiếp nhận như con nguời, gia súc, thảm thực vật…
3. Khối luợng lớn lượng nước thải từ nhà máy nhiệt điện là nước thải từ quá trình làm mát, nước thường tương đối sạch, có thể xử lý lại hoặc xả thẳng xuống sơng và chỉ có mức độ ảnh hưởng nhỏ về hóa nước. Ảnh hưởng của nước thải đến nhiệt độ của nước xung quanh cần phải được nghiên cứu, xem xét. Sự tăng nhiệt độ của nước sông hoặc hồ… từ nước thải qua hệ thống làm mát của nhà máy sẽ ảnh hưởng đến các sinh vật sống ở dưới nước. Những ảnh hưởng khác không lớn nhưng vấn đề thay đổi chất lượng nước là đáng kể và phải xem xét, xử lý. Không những vậy một số nhà máy cần một khối lượng nước làm mát lớn mà lượng nước cần cung cấp này phải lấy từ sông hồ. Khi lượng nước được lấy vào sử dụng cho q trình làm mát, nước sơng hoặc hồ sẽ giảm và cũng sẽ là nguyên nhân làm giàm số lượng thủy sinh có thể chăn ni, sinh sống dưới sơng, hồ đó. Nếu nơi cung cấp nguồn nước làm mát có các lồi thủy sản có giá trị kinh tế cao thì mức ảnh hưởng về kinh tế sẽ thấy rõ. Ngoài vấn đề về nhiệt, về giảm khối lượng nước trong sơng, hồ cịn có vấn đề ơ nhiễm do quá trình hoạt động của nhà máy như tràn dầu, xả các chất lỏng trong quá trình làm sạch, rửa các thiết bị hệ thống chạy than, chạy dầu…
4. Sử dụng một khối lượng nước lớn cho quá trình làm mát cũng gây ảnh hưởng mà cụ thể là làm giảm nguồn nước sinh hoạt, nước tưới, có thể gây ra tình trạng thiếu nước cho các mục đích này trong một thời gian ngắn, có cả việc ảnh hưởng đến vận tải thủy.
5. Ảnh hưởng của khí thải nhà máy nhiệt điện nhiều khi cịn mang tính rộng lớn, tồn cầu như có thể gây mưa acid, đặc biệt là khi dùng nhiên liệu đốt là than có hàm lượng sulfur cao. Mưa acid sẽ làm ảnh hưởng đến các cơng trình kiến trúc, xây dựng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước, sinh thái cạn. Việc đốt các nguyên liệu sẽ tạo ra và làm tăng hàm lượng các khí CO2, NOX trong khí quyển. Tuy vậy, hiện tại cũng rất khó dự báo về mức độ ảnh hưởng của các khí thải này trên một vùng rộng lớn hoặc trên phạm vi tồn cầu.
6. Sự đốt nóng nhiên liệu của nhà máy trong quá trình hoạt động cũng làm tăng nhiệt độ của khơng khí trong vùng. Q trình đốt và thải khí cũng tạo ra và đưa vào khơng khí một hàm lượng bụi và như đã nêu trên có thể có cả các bụi kim loại. Khi phát điện các vùng xung quanh phải chịu ảnh hưởng của tiếng ồn và có thể tạo ra độ rung nhỏ.
Một số nguyên liệu phải chuyên chở như than sẽ gây ơ nhiễm do làm bụi trong q trình chuyên trở từ nguồn cung cấp về nhà máy. Tàu chở dầu có thể bị các sự cố trong quá trình chuyên chở như bị bão, va chạm nhau gây đắm tàu, các tai nạn sẽ gây ô nhiễm các vùng sơng hoặc biển do dầu loang.
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hồng Hưng
7. Cũng như khi xây dựng thủy điện, việc thực hiện các dự án nhiệt điện cũng có các ảnh hưởng đến mơi trường xã hội như ảnh hưởng đến tài sản về đất đai, cây cối, hoa màu, nhà cửa, có thể một số các gia đình phải di chuyển và tái định cư để giành mặt bằng cho việc xây dựng nhà máy, làm đường thi công, chuyên chở vật liệu, làm các hệ thống dẫn nhiên liệu như khí, dầu, làm cảng nhận nhiên liệu, làm kho bãi… (Chỉ có điều là so với dự án thủy điện thì mức độ ảnh hưởng về xã hội của các dự án nhiệt điện nhỏ hơn nhiều). Khi một lực lượng lớn công nhân và cán bộ kỹ thuật được điều đến làm công việc xây dựng dự án và quản lý, vận hành nhà máy sau náy sẽ dẫn đến một sự bùng nổ về mức độ gia tăng dân số của cộng đồng vùng nhà máy. Mọi sinh hoạt đều thay đổi, văn minh tăng lên, hạ tầng cơ sở sẽ được cải thiện, các loại dịch vụ phục vụ sinh hoạt, vui chơi, giải trí… cũng sẽ được tăng cường, kèm theo đó là các ảnh hưởng tiêu cực như: mức độ an ninh xã hội sẽ phức tạp hơn, an tồn giao thơng sẽ trở nên xấu hơn, các bệnh truyền nhiễm có thể gia tăng, giá cả sinh hoạt tăng… Từ đó kéo theo nhu cầu phải phát triển hàng loạt các cơng trình hạ tầng cơ sở, giáo dục, sức khỏe như hệ thồng đường sá, trường học, bệnh viện, trạm xá, các trạm cứu hỏa, đồn công an…
Với khả năng về tác động đến các yếu tố của môi trường như đã nêu trên, để có thể tránh hoặc giảm thiểu các tác động tiêu cực, hạn chế tối đa các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường của các dự án nhiệt điện, các vấn đề sau đây cần được các nhà kỹ thuật và mơi trường phân tích, lựa chọn:
- Phương án không thể thực hiện
- Các phương án về nhiên liệu cung cấp cho nhà máy. - Các phương án về quản lý phụ tải và năng lượng. - Các phương án về vị trí (tuyến) của nhà máy. - Các phương án về hệ thống thải nhiệt.
- Các phương án về cung cấp nước.
- Các phương án về nhà máy và vệ sinh nước thải. - Các phương án về bãi thải các chất thải rắn.
- Các phương án về thiết bị và kiểm sốt, xử lý ơ nhiễm mơi trường. - Các phương án giảm mức ảnh hưởng về xã hội như sử dụng lao động, ảnh hưởng, phát triển hạ tầng cơ sở…
Tất cả các phương án cần được phân tích và lựa chọn trên cơ sở các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật và an toàn, phương án cho lợi ích cao, mức độ ảnh hưởng nhỏ sẽ được lựa chọn.
II. Tính tốn sự phát tán khơng khí ơ nhiễm do hoạt động cơng nghiệp
I. Đặt vấn đề.
1.1.Phân loại tính tốn ơ nhiễm khơng khí
Giáo trình Đánh giá Tác động Môi trường PGS.TS. Hoàng Hưng
- Nguồn thấp: thải ra từ các dây chuyền công nghệ, từ các hệ thống thơng gió… loại này thường tương đối phức tạp vì là vùng quẩn.
- Nguồn cao: từ những ống khói ở những nhà máy lớn, loại này ít ảnh hưởng tới các vùng lân cận.
B – Xét về hình thể phân thành:
- Nguồn điểm: từ các ống khói, các miệng ống thải của các hệ thống thơng gió
- Nguồn đường: các đoạn đường có mật độ xe cộ đi lại nhiều…
- Nguồn mặt: các bãi chứa than, các bể chứa hóa chất, các mặt nước ao hồ bị ơ nhiễm…
- Nguồn khơng gian: các vùng gió quẩn, các miệng thải hệ thống thơng gió tạo ra những đám mây là là trên mặt đất…
C – Về phương diện nhiệt:
- Nguồn nóng: các lị nung, lị sấy…
- Nguồn nguội: các ống thải khí độc hại có nhiệt độ thấp…
☺ Các mơ hình tốn thường chỉ áp dụng tính tốn cho các nguồn cao…
☺ Về cơng thức kinh nghiệm thì thường áp dụng cho các nguồn thấp, bởi vì sự khuếch tán ô nhiễm đối với các nguồn thấp rất là khó xác định bằng lý thuyết…
1.2.Ơ nhiễm khơng khí từ những hoạt động cơng nghiệp:
Trong công nghiệp, nguồn gây ô nhiễm môi trường khơng khí chủ yếu là khí thải từ các ống khói… Có thể nói hầu hết các ngành công nghiệp đều sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau để làm chất đốt cung cấp năng lượng cho q trình cơng nghệ khác nhau, ví dụ như dầu DO, FO… than đá, vỏ hạt điều…
Tất cả những nguyên liệu này khi đốt lên đều thải vào khơng khí một lượng lớn những chất gây ơ nhiễm mơi trường như CO2, SO2, NOX, khói, bụi… Vì vậy cần phải tính tốn cụ thể mức độ phát tán của những chất khí ấy ảnh hưởng như thế nào đến môi trường sống xung quanh là điều rất cần thiết cho công tác đánh giá tác động môi trường.
II. Các phương pháp tính tốn khuếch tán các chất độc hại vào mơi trường khơng khí từ các ống khói .
2.1. Sơ lược lịch sử phát triển của lý thuyết khuếch tán các chất độc hại vào mơi trường khơng khí
Lý thuyết khuếch tán của chất khí, bụi lơ lửng trong khơng khí do Taylor (1915) và Sthmidt (1917) xây dựng với phương trình vi phân tổng quát như sau:
x y z c c c c c k k k t x x x y y z z ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + = + + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ [1] Trong đó:
c - - nồng độ trong khói của chất ơ nhiễm
x, y, z - tọa độ điểm tính tốn mà gốc tọa độ trùng với nguồn lan tỏa, trục x trùng với với chiều gió và trục z là trục thẳng đứng
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hồng Hưng
kx, ky, kz - hệ số khuếch tán rối theo các phương x, y, z.
Phương trình trên thể hiện định luật bảo toàn khối lượng và dựa vào giả thiết cho rằng quá trình khuếch tán phân tử rối cũng là tương tự nhau.
Điều kiện biên của phương trình trên là:
2 2 2 0 0 0 0 t X Y Z C C ≤ + + → = = [2]
Năm 1923 Robert F.T. giải được nghiệm của phương trình trên đối với nguồn cố định đặt tại tọa độ (0,0,h) khi vận tốc gió khơng đổi như sau:
2 2 2
, , 4
( ) ( )
exp exp exp
4 . 4 . 4 . x y z x y z z y z M uy u z h u z h C k x k x k x k k π − + = − − + − [3]
Năm 1932 Sutton O.G. dựa theo lý thuyết của Taylor và cho rằng sự phân bố nồng độ của chất ơ nhiễm trong q trình lan tỏa tuân theo luật phân phối chuẩn Gauss, từ đó thu được cơng thức như sau:
2 2 , , 2 exp 2 2 2 2 x y z n n n y z y z y M z C ux k k k x k x π − − − = − + [4]
n có giá trị từ 0 →1 và xác định theo trường vận tốc gió theo chiều đứng (profil gió). Năm 1963 M.E Berliand (Nga) thu được kết quả đối với nguồn đặt ở độ cao H như sau (nồng độ trên mặt đất khi z = 0)
1 2 1 , ,0 2 2 2 2 1 1 exp (1 ) 2 (1 ) 2 m x y o o u H M y C k m x x m kϕ x π ϕ + = − − + + [5]
k1, u - hệ số khuếch tán rối và vận tốc gió ở độ cao 1m
ϕo - hệ số khuếch tán theo chiều gió M = n(2-n)
2.2 – Giới thiệu các phương pháp tính tốn khuếch tán được áp dụng khá phổ biến hiện nay.
2.2.1 – Phương pháp Sutton – Pasquill (mà ta thường gọi là phương pháp Gauss)
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hoàng Hưng ( ) 2 2 2 3 ( , , ) 2 2 2 ( ) ( )
exp exp exp
2 . 2 2 2 x y z y z y z z M y z H z H g C m u πδ δ δ δ δ − + = − − + − [4-6]
Khi tính tốn nồng độ trên mặt đất ta có z = 0 và cơng thức trên trở thành:
2 2 , , 2 2 1 exp 2 x y o y z y z M y H C u πδ δ δ δ = − + [4-7] Trong đó:
M - lượng phát thải chất ô nhiễm, g/s. x,y,z - Tọa độ điểm tính tốn, m
u - Vận tốc gió, m/s
δy, δz - Hệ số khuếch tán rối theo phương ngang và phương đứng tương đương với sai chuẩn của hàm phân phối Gauss, m.
Chúng ta nhớ lại dịng chảy trong sơng ngịi thì sự phân bố tốc độ mạch động cũng phù hợp với phân bố Gauss.
2 2 ( ) 2 1 ( ) 2 w v f w v e δ πδ − − = [4-8] Ở đây: f(w-v) - là tần suất rối động
w - Tốc độ tức thời của một điểm nào đó. v - Tốc độ trung bình
δ - sai số quân phương 2
(w v)
n
δ = ∑ −
[4-9]
Trong công thức [4-7] trên đây:
δy, δz được cho dưới dạng biểu đồ hoặc công thức và phụ thuộc vào độ ổn định
của khí quyển do Gifford xây dựng 1960 dựa trên số liệu thực nghiệm (Xem hình 1)
Trong trường hợp y = 0, tức là ta chỉ xét nồng độ khuếch tán của khói thải độc hại theo hướng của gió mà thơi.
Theo hương chính của gió thì nồng độ độc hại đạt tới giá trị cao nhất – bởi vì như cơng thức [4-7] trên đây thì thừa số ln ln nhỏ hơn hoặc bằng 1.0 khi nào Y = 0 thì nó sẽ là 1.0 [4-10] − δ2 2 2 exp y y
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hoàng Hưng
Hình 1: Hệ thống tọa độ biểu thị sự phân bổ Gauss theo phương thẳng đứng và nằm ngang.
Hình 2: Sự phân bổ tốc độ mạch động của dòng chảy. [4-11] Trên mặt Dưới đáy f ( w - v) σv σv (w – v) ( ) e( ) v w v w f δ πδ 2 2 1 2 2 − = −
Giáo trình Đánh giá Tác động Mơi trường PGS.TS. Hoàng Hưng
Theo Pasquill, độ ổn định của khí quyển được 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 độ mây ban đêm (xem bảng 1).
Bảng 4-1 – Phân cấp độ ổn định của khí quyển
Vận tốc gió M/s Mức độ bức xạ mặt trời Độ mây ban đêm Ở độ cao 10 m Mạnh >60o C Vừa 35-60o C Yếu 15-35o C 10 (chung) >5(mức thấp) <4 (mức thấp) <2 A A-B B - - 2-3 A-B B C E F