CHƯƠNG 3-KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2. KẾT QUẢ ƯỚC TÍNH LƯỢNG KHÍ VÀ BỤI THẢI
3.2.1. Từ quá trình khai thác
Quá trình khai thác đá gồm các công đoạn sau: Bóc lớp đất phủ (xúc đất và dỡ tải đất phủ), khoan lỗ, nổ mìn, bốc xúc đá và dỡ tải đá. Có thể nói, khí và bụi thải phát sinh từ tất cả các công đoạn này. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn và điều kiện dữ liệu không đầy đủ, thêm vào đó một số hoạt động sản xuất năng lượng sử dụng là điện nên lượng khí thải ít. Vì vậy, luận văn chỉ ước tính lượng khí thải phát sinh từ quá trình nổ mìn và hoạt động của máy xúc, còn bụi được tính cho tất cả các công đoạn trong quá trình khai thác.
(1) Lượng bụi và khí thải từ công đoạn bốc xúc và dỡ tải a) Bụi thải trong bốc và dỡ tải
Để ước tính lượng bụi thải phát sinh từ công đoạn bốc xúc và dỡ tải, luận văn sử dụng hệ số phát thải của Mỹ (USEPA, United States Environmental Protection Agency – Cục bảo vệ môi trường Mỹ). Theo USEPA (2006), cách tính toán hệ số phát thải giai đoạn bốc xúc và dỡ tải tương tự nhau. Hệ số phát thải dùng để tính TSP và PM10 phát thải từ quá trình bốc xúc lên xe và dỡ tải đất phủ và đá, có công thức như sau [23]:
EF= k×0,0016×
(CT3) Trong đó
- EF: Hệ số phát thải (kg/tấn), đối với TSP kí hiệu là EFTSP và PM10 kí hiệu là EFPM10;
- kTSP : Hệ số. Đối với TSP kớ hiệu là kTSP và khi dựng cho cỏc hạt < 30àm thỡ kTSP = 0,74. Đối với PM10 kớ hiệu là kPM10 và khi dựng cho cỏc hạt < 10 àm thì kPM10 = 0,35;
- U: Tốc độ gió (m/s)
- M: Độ ẩm vật liệu (% khối lượng).
Từ công thức thấy rõ, hệ số phát thải từ hoạt động bốc và dỡ tải đất, đá phụ thuộc vào độ ẩm của đất và tốc độ gió.
Khảo sát để xác định độ ẩm của vật liệu
Kết quả đo đạc độ ẩm của đá vôi tại công ty TNHH TM&VT Hợp Tiến trong
"Báo cáo đánh giá tác động môi trường" (ĐTM) cho thấy độ ẩm của đá là 0,11%.
Trong khi đó ĐTM do 2 mỏ đá còn lại cung cấp không có số liệu về độ ẩm. Vì thế, để có giá trị độ ẩm cho tính toán phát thải bụi, luận văn đã đặt độ ẩm của đá vôi ở cả 3 mỏ là như nhau; tức là độ ẩm = 0,11% [4].
Đất núi đá vôi ở tỉnh Hòa Bình là đất nâu đỏ có hàm lượng hữu cơ cao, thành phần cơ giới nặng, cấp hạt sét ưu thế. Ở đây, do thiếu dữ liệu về độ ẩm của đất trên bề mặt núi đá vôi ở các mỏ khai thác đá huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình và đất ở mỏ khai thác đá vôi có một số tính chất cơ lý tương đồng với lớp đất phủ bề mặt mỏ khai thác than do đó đề tài sử dụng độ ẩm của lớp đất phủ trên mỏ khai thác than là 7,5%
[23].
Khảo sát để xác định tốc độ gió
Kết quả khảo sát tốc độ gió trung bình ở khu vực núi đá vôi của Công ty TNHH XDTM&VT Hợp Tiến, Xưởng SX đá - Bộ TL Pháo Binh và Công ty CP ĐTXD&DL Bình Minh lần lượt là 0,7 m/s, 1m/s và 2m/s [4-5, 14].
CT 3 ước tính đối với quá trình bốc xúc và dỡ tải riêng lẻ, do đó khi bốc xúc và đổ tải đất phủ là hai quá trình nên khi tính toán cho hai công đoạn này cần phải nhân thêm hệ số 2. Với với đá vôi còn thêm quá trình bốc thành phẩm do đó lượng bụi bằng hệ số phát thải của một quá trình nhân với hệ số 3.
Thay các số liệu hoạt động của đất và đá vôi ở 3 cơ sở khai thác trên, tính được hệ số phát thải bụi TSP và PM10. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.1 dưới đây.
Bảng 3.1. Hệ số phát thải bụi từ quá trình bốc xúc và dỡ tải TNHHTM&VT
Hợp Tiến
Xưởng SX đá- Bộ TL pháo binh
CP ĐT XD&DL Bình Minh Đất
phủ
EFTSP (kg/tấn) 4,2×10-5 17,4×10-5 16,4×10-5 EFPM10(kg/tấn) 1,9×10-5 8,3×10-5 7,7×10-5 Đá
vôi
EFTSP (kg/tấn) 0,035 0,05 0,12
EFPM10(kg/tấn) 0,0015 0,023 0,057
Lượng bụi phát thải được ước tính theo công thức [8]: E = EF x A
Trong đó E là lượng phát thải (kg/năm), EF là HSPT bụi (kg/tấn) và A là số liệu hoạt động (tấn/năm).
Kết quả tính toán lượng bụi phát sinh từ hoạt động bốc xúc và dỡ tải ở các cơ sở khai thác đá được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2.Phát thải bụi từ quá trình bốc xúc và dỡ tải đất phủ và đá
Công đoạn khai thác
TNHH XD TM và VT Hợp Tiến
Xưởng SX đá- Bộ TL pháo binh
CP ĐT XD&DL Bình Minh ETSP
(kg/năm)
EPM10 (kg/năm)
ETSP (kg/năm)
EPM10 (kg/năm)
ETSP (kg/năm)
EPM10 (kg/năm) Vận chuyển
đất phủ
0,588 0,266 41,76 19,92 19,68 9,24
Vận chuyển
đá 12.240 5.956,8 24.480 11.750,4 248.880 114.240 Tổng lượng
phát thải
12.240,6 5.957 24.521,8 11.770,3 248.899,7 114.249,2 Cơ sở
Phát thải
Kết quả tính toán lượng bụi TSP và PM10 phát sinh từ quá trình bốc xúc và dỡ tải cũng như từ công thức (CT3) cho thấy, có thể bỏ qua lượng bụi TSP và PM10 phát sinh từ lớp đất đá phủ bề mặt núi đá vôi. Bởi vì, phần lớn lớp đất này có độ ẩm cao hơn rất nhiều độ ẩm của đá (gần 70 lần; 7,5% so với 0,11%). Ngược lại, lượng bụi phát thải do quá trình bốc xúc và dỡ tải đá vôi khá lớn do độ ẩm đá vôi nhỏ.
Kết quả tính toán cũng cho thấy sản lượng khai thác đá càng lớn thì lượng phát thải bụi khá cao, điển hình ở công ty CP ĐT XD&DL Bình Minh với sản lượng là 1.360.000 tấn/năm đã tạo ra gần 249 tấn TSP và hơn 114 tấn PM10 trong 01 năm ở công đoạn bốc xúc và dỡ tải. Sản lượng khai thác đá lớn khiến lượng phát thải bụi khá cao, điển hình ở công ty CP ĐT XD&DL Bình Minh với sản lượng là 1.360.000 tấn/năm đã tạo ra gần 249 tấn TSP và hơn 114 tấn PM10 trong 01 năm ở công đoạn bốc xúc và dỡ tải. Trong khi đó, Công ty TNHH Thương mại và vận tải Hợp tiến có sản lượng là 108.000 tấn/năm chỉ tạo ra hơn 12 tấn bụi TSP và gần 06 tấn bụi PM10 trong 01 năm ở công đoạn bốc xúc và dỡ tải.
Một điều cần lưu ý là độ ẩm của đá theo báo cáo của Hợp Tiến là thấp hơn từ 2,2 đến 43 lần so với độ ẩm (0,11% so với 0,25-4,8%) của đá vôi do USEPA đưa ra khi xây dựng công thức. Vì thế, nếu các mỏ đá vôi có độ ẩm cao hơn độ ẩm giả định là 0,11% thì lượng bụi phát thải sẽ thấp hơn số liệu tính được trong bảng 3.2.
b) Khí và bụi thải từ hoạt động của máy xúc - Sử dụng hệ số phát thải
Sử dụng hệ số phát thải của Mỹ trong bảng 3.3 dưới đây để tính lượng phát thải bụi và khí khi máy xúc và xe tải hoạt động sử dụng nhiên liệu dầu diezen.
Bảng 3.3. Hệ số phát thải của một số phương tiện khai thác đá (kg/1000L nhiên liệu)
Chất thải Loại xe
PM10 CO NOx SOx VOCs
Máy xúc 3,51 11,79 38,5 1,7 5,17
Xe tải 17,7 14,73 34,29 1,7 1,58
Nguồn: [18]
Lượng nhiên liệu dùng cho máy xúc và xe tải trong một năm hoạt động của 3 cơ sở nghiên cứu được liệt kê ở bảng 3.4.
ảng 3.4. Lượng nhiên liệu sử dụng cho các phương tiện sản xuất
Phương tiện Cơ sở
Máy xúc (L/năm)
Xe tải (L/năm)
Tổng (L/năm) TNHH XDTM&VT Hợp
Tiến
26.000 14.000 40.000
Xưởng SX đá- Bộ TL Pháo Binh
168.000 72.000 240.000
CP TĐXD&DL Bình Minh 84.280 36120 120.400
Từ kết quả điều tra lượng nhiên liệu sử dụng trong bảng 3.4, tính toán được lượng khí và bụi do máy xúc và xe tải phát thải ở 3 cơ sở trong bảng 3.5 dưới đây.
ảng 3.5. Ước lượng khí phát thải của máy xúc
Khí Cơ sở
EPM10 (kg/năm)
ECO (kg/năm)
ENOx (kg/năm)
ESOx (kg/năm)
EVOCs (kg/năm) TNHH XDTM&VT
Hợp Tiến 91,28 305,71 1001 44,14 134,44
Xưởng SX đá- Bộ TL
Pháo Binh 589,71 1980,71 6468 285,57 868,57
CP TĐXD&DL Bình Minh
295,85 993,57 3244,43 143,29 435,71
- Ước tính bằng phương pháp phân tích nhiên liệu
Đốt cháy nhiên liệu theo lý thuyết, nếu phản ứng hoàn toàn sẽ có phương trình phản ứng như sau:
Dầu (HC) + Không khí (N, O2) → CO2 + H2O + NOx
Tuy nhiên nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn và phương trình phản ứng khi đó có dạng:
Dầu (HC) + Không khí (N, O2) → HC + CO + CO2 + H2O + NOx Ngoài ra đốt cháy nhiên liệu còn sinh ra muội than (sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn).Theo ước tính phát thải ô nhiễm không khí quốc gia của Mỹ (National Air Pollutant Emissions Estimates), khí thải từ phương tiện giao thông (2005) gồm các khí với tỷ lệ như bảng 3.6 dưới đây.
ảng 3.6. Tỷ lệ khí thải từ các phương tiện giao thông
Khí Lượng phát thải (triệu tấn/năm)
Tỷ lệ (%)
Carbon Monoxide (CO) 89 63,12
Nitrogen Oxides (NOx) 19 13,48
PM10 2 1,4
Sulfur Dioxide (SO2 ) 15 10,64
Hợp chất (VOC) 16 11,35
Chì 0,003 -
Nguồn: [16]
Trong nhiên liệu dầu diezen, hàm lượng cacbon chiếm 87,37% và đối với
nguồn di động thì 99% lượng dầu diezen bị đốt cháy [29]. Hàm lượng lưu huỳnh
≤ 0,05%, khối lượng riêng trung bình của dầu diezen là 840kg/m3 [13]. Trong phản ứng cháy, tỷ lệ cacbon chuyển hóa thành CO2, CO và các hợp chất hữu cơ bay hơi khó có thể xác định chính xác, bởi điều này còn phụ thuộc vào chất lượng xe, vận tốc di chuyển… Từ hàm lượng các chất có trong dầu và tỷ lệ của chúng thải ra môi trường như đã trình bày ở trên có thể ngoại suy và giả định rằng tỷ lệ cacbon trong dầu diezen chuyển hóa thành CO2 , CO và các chất hữu cơ bay hơi tương ứng là 94:3:3. Áp dụng CT1 trang 17 chương 1, có:
Ei = Qf * Ci / 100 * (MWp / EWf) [19]
Trong đó:
Ei : Lượng phát thải hàng năm của chất ô nhiễm i, kg/năm ; Qf : Nhiên liệu sử dụng, kg/năm;
MWp: Trọng lượng phân tử của chất ô nhiễm thải ra (kg/kg-phân tử);
EWf : Trọng lượng phân tử của chất ô nhiễm trong nhiên liệu (kg/kg-phân tử);
Ci: Nồng độ chất ô nhiễm i trong nhiên liệu (%).
Từ các giả thiết ở trên, lượng phát thải các khí CO2, CO, SO2 tính theo phương pháp phân tích nhiên liệu được tính toán trong bảng 3.7 ở dưới đây.
ảng 3.7. Ước tính lượng khí thải từ máy xúc bằng phương pháp phân tích nhiên liệu
Khí thải Cơ sở
CO2 kg/năm
CO kg/năm
SO2 kg/năm
TNHH XDTM&VT Hợp Tiến 65.110 1.322 21,84
Xưởng SX đá- Bộ TL Pháo Binh 596.247 12.109 141,12
CP TĐXD&DL Bình Minh 211.056 4.286 70,8
Kết quả cho thấy, ước tính bằng phương pháp phân tích nhiên liệu với tỷ lệ phát thải CO2:CO là 94:3 thì lượng các khí thải tính ra lớn hơn so với phương pháp sử dụng hệ số phát thải từ 4-6 lần. Điều này có thể giải thích do tỷ lệ khí CO2 và CO phát sinh từ quá trình chạy động cơ máy xúc còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khác nhau như loại xe, chất lượng xe, tốc độ di chuyển, chất lượng đường di chuyển… Do đó có thể hệ số phát thải của Cục Môi trường Mỹ với loại máy xúc và điều kiện hoạt động khác so với điều kiện hoạt động ở Việt Nam dẫn tới phát thải có sai lệch. Ngoài ra như đã trình bày ở trên vì tỷ lệ phát thải CO2:CO phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nên đối với tỷ lệ giả định phát thải CO2 và CO là 94:3 rõ ràng không cố định trong mọi trường hợp vì thế dẫn tới kết quả ước tính khác nhau ở hai phương pháp.
Phương pháp sử dụng hệ số phát thải có ưu điểm là có thể ước lượng được bụi, VOCs và khí NOx từ máy xúc mà phương pháp phân tích nhiên liệu khó có thể ước tính được. Nhược điểm của phương pháo này là không ước tính được khí CO2 . Tuy nhiên để áp dụng ước lượng tổng thể phát thải cho một cơ sở sản xuất thì phương pháp sử dụng hệ số phát thải dường như ưu việt hơn, ước tính được nhiều loại khí thải và số liệu tương đối tin cậy.
(2) Bụi và khí thải trong hoạt động khoan đá
Hoạt động khoan đá, phát thải chủ yếu vào khí quyển là bụi, bởi thiết bị khoan chạy bằng điện nên phát thải khí không đáng kể. Mặt khác, do thiếu thông tin về hệ số phát thải của các khí phát sinh trong quá trình khoan tạo lỗ đặt mìn ở các mỏ khai thác thác đá vôi và phương thức khoan là tương tự nhau; nên giả định hệ số phát thải này tương đương với hệ số phát thải của các mỏ khai thác than đá. USEPA mặc định hệ số phát thải sử dụng để ước tính lượng bụi do khoan đá ở các mỏ than như sau [17]:
EFTSP = 0,59 kg/lỗ EFPM10 = 0,31 kg/lỗ
Khí, bụi thải từ quá trình khoan lỗ ở các mỏ khai thác đá phát sinh một lượng có thể coi là nhỏ trong tổng thể các quá trình phát thải khí và bụi. Rõ ràng, các thông số khác như độ sâu của lỗ, đường kính của lỗ và độ ẩm của vật liệu được khoan cũng sẽ có liên quan và nó có thể được coi là một yếu tố ảnh hưởng tới hệ số phát thải của công đoạn này. Tuy nhiên, trong trường hợp không có các dữ liệu (và việc phát thải này đóng góp tương đối nhỏ vào tổng lượng phát thải từ các hoạt động khai thác), nên cũng là hợp lý để chấp nhận giá trị 0,59 kg /lỗ cho TSP.
Đối với bụi PM10, USEPA (1998) không cung cấp HSPT, nên luận văn đã sử dụng HSPT do Ủy ban Kiểm kê ô nhiễm quốc gia (Úc) đưa ra hệ số cho phát thải PM10 là 0,31 kg/lỗ [17].
Từ khối lượng thuốc nổ sử dụng và khối lượng thuốc nổ của 1 lỗ khoan được cho ở phụ lục có thể tính số lỗ và lượng TSP và PM10 phát thải như sau:
ảng 3.8. Hệ số phát thải từ công đoạn khoan đá
Cơ sở Thông số
TNHH XD TM&
VT Hợp Tiến
Xưởng SX đá- Bộ TL Pháo binh
CP ĐT XD&DL Bình Minh
Số lỗ khoan/năm 13.000 3.200 7.550
ETSP (kg/năm) 7.670 1.888 4.454,5
EPM10 (kg/năm) 4.030 992 2.340,5
Có thể nhận thấy phát thải bụi phụ thuộc rất lớn vào khối lượng thuốc nổ/1 lỗ khoan. Nếu lượng thuốc nổ mỗi lỗ khoan nhỏ, cần phải khoan nhiều lỗ hơn để khai thác đá. Ở Công ty TNHH XD TM&VT Hợp Tiến có lượng thuốc nổ mỗi lỗ khoan trung bình là 3,5 kg/lỗ, mặc dù sản lượng cũng như khối lượng thuốc nổ sử dụng ít hơn hai cơ sở còn lại (khối lượng thuốc nổ sử dụng bằng 0,43 so với Xưởng SX đá- Bộ TL Pháo Binh và còn thấp hơn nữa so với Công ty CP ĐT XD&DL Bình Minh), nhưng lượng phát thải TSP cao hơn so Xưởng SX đá - Bộ TL Pháo Binh và Công ty CP ĐT XD&DL Bình Minh lần lượt là 4,1 và 1,7 lần. Tỷ lệ này tương tự đối với phát thải bụi PM10. Do đó, các cơ sở khai thác và chế biến đá nên nghiên cứu tìm chọn phương pháp nổ mìn phù hợp nhất với đơn vị mình để số lượng lỗ khoan nhỏ nhằm giảm phát thải bụi trong hoạt động này.
(3) Nổ mìn a) Phát thải bụi
Nổ mìn phát sinh ra bụi và các khí chủ yếu là CO, NOx . Bụi phát sinh do sự phá nổ đá. Đá và bụi theo xung lực văng ra xa. Khí CO, NOx phát sinh do quá trình đốt cháy thuốc nổ.
Phương pháp sử dụng để ước tính bụi là phương pháp dùng hệ số phát thải, còn các khí phát sinh từ quá trình nổ mìn sử dụng hai phương pháp là phương pháp sử dụng hệ số phát thải và phương pháp cân bằng vật chất để ước tính. Do thiếu dữ liệu về hệ số phát thải riêng cho nổ mìn trong khai thác đá vôi, nên luận văn sử dụng phương trình tính toán hệ số phát thải cho khai thác than đá [17].
Công thức tính hệ số phát thải bụi do nổ mìn như sau:
EFTSP (kg/vụ nổ)=0,00022× (CT4) Trong đó:
A: Diện tích khu vực nổ mìn (m2);
EFTSP : Hệ số phát thải của TSP (kg/vụ nổ).
Giả định tất cả số lỗ khoan đặt mìn đều phát nổ. Trong công đoạn nổ mìn USEPA ước tính rằng PM10 chiếm 52% lượng phát thải TSP. Kết quả tính toán phát thải bụi ở công đoạn nổ mìn được trình bày trong bảng 3.9.
ảng 3.9. Phát thải bụi ở công đoạn nổ mìn
Dữ liệu Cơ sở khai thác
Diện tích nổ mìn (m2)
EFTSP (kg/vụ nổ)
ETSP (kg/năm)
EPM10 (kg/năm) TNHH XDTM&VT
Hợp Tiến
30 0,036 468 243,4
Xưởng SX đá- Bộ TL Pháo Binh
20 0,020 64 33,3
CP TĐXD&DL Bình Minh
45 0,067 505,8 263,1
Từ kết quả ở bảng 3.9 cho thấy phát thải bụi ở công đoạn nổ mìn khá thấp, nguyên nhân có thể do công thức tính toán hệ số phát thải được thiết kế cho mỏ khai thác than lộ thiên, ở đó độ ẩm than khá lớn so với độ ẩm của đá vôi mà luận văn đã sử dụng để tính (độ ẩm 0,11%), dẫn đến kết quả phát thải thấp. Ngoài ra bụi phát thải từ quá trình nổ mìn còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác như độ sâu lỗ khoan, độ ẩm của đá, tốc độ gió. Vì thế, công thức CT4 chưa ước tính được chính xác lượng khí thải phát sinh từ công đoạn này.