Luận án tiến sĩ đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------***---------------- PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------***---------------- PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. NGHIÊM TRUNG DŨNG 2. PHẠM THỊ MAI THẢO Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Nghiêm Trung Dũng và PGS.

Phạm Thị Mai Thảo. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nào khác bởi các tác giả không thuộc nhóm nghiên cứu. Hà Nội, ngày … tháng …. năm 2022 TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nghiên cứu sinh PGS.

Nghiêm Trung Dũng Phạm Thị Hồng Phương PGS. Phạm Thị Mai Thảo LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện luận án này. Đồng thời xin cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường và Phòng Đào tạo đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nghiêm Trung Dũng đã luôn hỗ trợ, ủng hộ, động viên và hướng dẫn tận tình về chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. Phạm Thị Mai Thảo, người đã luôn hướng dẫn, động viên, khích lệ và đồng hành cùng tôi trong quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Thị Thắm, giảng viên Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực nghiệm; cảm ơn TS.

Nguyễn Thanh Điền, ĐH Kyoto, Nhật Bản và TS. Sumeet Saksena, Trung tâm Đông -Tây, Hoa Kỳ đã luôn đồng hành, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, đặc biệt là các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trường đã luôn động viên tinh thần, giúp đỡ tận tình về kiến thức chuyên môn để tôi có thể hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và Khoa Môi trường, đã tạo điều kiện cho tôi tham gia chương trình đào tạo này, đồng thời đã luôn hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập.

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thị Trinh và các đồng nghiệp trong Khoa Môi trường đặc biệt các anh chị em Bộ môn Quản lý môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội nơi tôi công tác đã luôn quan tâm, động viên, chia sẻ công việc tại cơ quan và luôn hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong lai. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Nghiên cứu sinh Phạm Thị Hồng Phương MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.

v DANH MỤC BẢNG. vii DANH MỤC HÌNH. ix MỞ ĐẦU. Đốt rơm rạ và vấn đề ô nhiễm không khí.

Thành phần nguyên tố của rơm rạ. Phương thức sử dụng rơm rạ sau thu hoạch. Đốt rơm rạ và phát thải các chất ô nhiễm không khí. Quá trình cháy của rơm rạ.

Phát thải các chất ô nhiễm từ quá trình cháy rơm rạ. Thực trạng đốt rơm rạ. Tác động của đốt rơm rạ đến chất lượng không khí. Quy mô địa phương.

Quy mô khu vực. Quy mô toàn cầu. Hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ. Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ.

Phương pháp xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ. Phương pháp cân bằng khối lượng cacbon. Phương pháp xác định tại phòng thí nghiệm. Phương pháp sử dụng mô hình phát tán.

Phương pháp sử dụng chất đánh dấu khí quyển. Phương pháp biên dạng thẳng đứng. Phương pháp sử dụng công nghệ LIDAR. Tổng hợp nghiên cứu xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ.

Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt hở sinh khối. Khái niệm chung. Phương pháp tiếp cận từ trên xuống (top-down). Phương pháp tiếp cận từ dưới lên (bottom-up).

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp luận. Khảo sát xác định vị trí và thời gian quan trắc. Vị trí quan trắc.

Thời gian quan trắc. Bố trí thí nghiệm. Lấy mẫu và đo trực tiếp. Phân tích mẫu.

Mẫu bụi và PAHs trên bụi. Các chất ô nhiễm dạng khí. Các thông số khác. Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC).

QA/QC trong lấy mẫu. QA/QC trong phân tích mẫu. Xử lý số liệu, xác định hệ số phát thải. Xác định tỷ lệ phát thải.

Xác định hiệu suất cháy. Xác định hệ số phát thải. Kiểm kê phát thải. Xác định lượng rơm rạ được đốt.

Xác định mức độ phát thải. Đánh giá tác động. Đánh giá tác động trực tiếp. Đánh giá tiềm năng hình thành ozon.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí. Đặc tính của quá trình cháy và thông số tính toán. Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm 73 3.

Tỷ lệ phát thải và hiệu suất cháy. Hệ số phát thải của PM. Hệ số phát thải của PAHs trên bụi. Hệ số phát thải của VOCs.

Hệ số phát thải của CO2 và các chất ô nhiễm dạng khí. Mức độ phát thải từ quá trình đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ. Mức độ phát thải theo mùa vụ. Mức độ phát thải hàng năm.

Lượng rơm rạ phát sinh tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ. Ước tính phát thải tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ. Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ. Tác động của bụi.

Tác động của PAHs trên bụi. Nồng độ PAHs trên bụi. Hàm lượng PAHs trên bụi. Nhận dạng nguồn thải.

Tác động của VOCs. Mức gia tăng nồng độ của VOCs. Tiềm năng hình thành ozon (OFP). Tác động của CO2 và các chất ô nhiễm dạng khí.

108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .110 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .112 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 130 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh AOAC Hiệp hội các nhà hóa học phân tích Association of Official Analytical Chemists chính thức AP Ô nhiễm không khí Air pollution ASTM Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu American Society for Testing and Materials Hoa Kỳ BC Cacbon đen Black carbon BTEX Benzen, toluen, etylbenzen, xylen Benzene, toluene, ethylbenzene, xylene CE Hiệu suất cháy Combustion efficiency COPD Bệnh tắc nghẽn phổi mạn tính Chronic obstructive pulmonary disease ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long Mekong River Delta ĐBSH Đồng bằng sông Hồng Red River Delta EEA Ủy ban môi trường châu Âu European Environment Agency EF Hệ số phát thải Emission Factor ER Tỷ lệ phát thải Emission ratio IARC Tổ chức Nghiên cứu Ung thư International Agency for Research on Cancer Quốc tế IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến Intergovernmental Panel on đổi khí hậu Climate Change IRRI Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế International Rice Research Institute KKPT Kiểm kê phát thải Emission inventory LOD Giới hạn phát hiện Limit of detection LOQ Giới hạn định lượng Limit of quantification MCE Hiệu suất cháy hiệu chỉnh Modified combustion efficiency ND Không phát hiện được Not detected NMHC Hydrocacbon không tính metan Non-methane hydrocarbons OC Cacbon hữu cơ Organic carbon OFP Tiềm năng hình thành ozon Ozone formation potential v Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh PAH Hydrocacbon thơm đa vòng giáp Polycyclic Aromatic cạnh Hydrocarbons PM Bụi Particulate matter QA Đảm bảo chất lượng Quality Assurance QC Kiểm soát chất lượng Quality control QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards TEF Hệ số độc tương đương Toxic Equivalence Factor TSP Tổng bụi lơ lửng Total Suspended Particulate US.EPA Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ United States Environmental Protection Agency VOC Hợp chất hữu cơ bay hơi Volatile organic compounds WHO Tổ chức Y tế Thế giới World Health Organization vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Mối liên hệ giữa tỷ lệ PAHs và đặc điểm nguồn thải. Sản lượng lúa, rơm rạ và tỷ lệ đốt của các quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu thế giời, năm 2017.

Thông tin về quá trình lấy mẫu. Nồng độ của PAHs trong chất chuẩn. Hóa chất phân tích. Thiết bị và điều kiện phân tích mẫu PAHs bằng GC/MS.

Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm. Tỷ lệ phát thải của các chất ô nhiễm và hiệu suất cháy. Hệ số phát thải của PM và so sánh với các nghiên cứu khác. Hệ số phát thải của PAHs trên bụi và so sánh với các nghiên cứu khác.

Hệ số phát thải của VOCs và so sánh với các nghiên cứu khác. Tương quan của các hợp chất trong nhóm BTEX. Hệ số phát thải của các chất dạng khí cơ bản và so sánh với nghiên cứu khác. Tổng hợp điều kiện đốt và hệ số phát thải tại Đồng bằng Sông Cửu Long.

Ước tính phát thải theo mùa vụ của năm 2019 tại miền Tây Nam Bộ. Lượng rơm rạ phát sinh trong 5 năm tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ. Ước tính phát thải hàng năm tại miền Tây Nam Bộ. Nồng độ trung bình của PAHs trên TSP.

Nồng độ trung bình của PAHs trên PM10. Hàm lượng trung bình của PAHs trên TSP. Hàm lượng trung bình của PAHs trên PM10. So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên PM10 và TSP với các nghiên cứu khác.