MÔ PHỎNG VÙNG PHÁT TÁN BỤI TỪ NHÀ MÁY XI MĂNG LONG SƠN

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>MÔ PHỎNG VÙNG PHÁT TÁN BỤI TỪ NHÀ MÁY XI MĂNG LONG SƠN </b>

<b>Ngô Trà Mai1, Kiều Quốc Lập2* </b>
<i>1_{Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam}</i>
<i>2_{Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái ngun}</i>

TĨM TẮT

Bài báo trình bày kết quả ứng dụng phương pháp mơ hình trong mô phỏng vùng và nồng độ phát tán
bụi từ Nhà máy xi măng Long Sơn, công suất 2,3 triệu tấn/năm. Trong hai trường hợp: Hệ thống bụi
hoạt động hiệu quả (sử dụng mơ hình Gauss và Arcview); Dây chuyền sản xuất gặp sự cố dẫn đến
toàn bộ lượng bụi không được xử lý (sử dụng mô hình Berliand và Arcview). Kết quả cho thấy:
Khi hệ thống xử lý bụi hoạt động ổn định, tại tất cả các khoảng cách và vị trí phát tán nồng độ bụi
đều nằm trong giới hạn của QCVN 23:2009/BTNMT. Trường hợp quy trình sản xuất, hệ thống xử
lý bụi gặp sự cố, nồng độ bụi vượt ngưỡng từ 3,2 -8 lần ở trong phạm vi bán kính từ 500 -1600 m.
Ở khoảng cách dưới 500 m và trên 1600 m, mức độ phát thải bụi không lớn nhưng cũng vượt
ngưỡng khoảng 1,5 -3 lần. Ngoài phạm vi 3000 m nhìn chung khơng chịu sự chi phối của bụi lan
truyền từ Nhà máy.

<i><b>Từ khóa: mơ hình Gauss, mơ hình Berliand, GIS, phát tán bụi, xi măng Long Sơn</b></i>

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Hiện nay, ô nhiễm bụi tại các cơ sở sản xuất
vật liệu nói chung đang là vấn đề được cộng
đồng quan tâm, đặc biệt là tại các nhà máy
gạch, xi măng do đặc điểm công nghệ và tính
chất nguồn thải. Nhà máy xi măng Long Sơn
tại thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa được đầu
tư xây dựng và đi vào hoạt động từ tháng 6
năm 2016, với công suất 2,3 triệu tấn xi

măng/năm. Khi nhà máy đi vào hoạt động đã
lắp đặt hệ thống xử lý bụi và khí thải đồng bộ.
Tuy nhiên chưa có nghiên cứu tính tốn về
khả năng phát tán bụi của nhà máy trong các
trường hợp cụ thể.

Ở Việt Nam đã có nhiều cơng trình khoa học
nghiên cứu về mức độ phát tán các chất ô
nhiễm vào không khí ứng dụng mơ hình
Gauss và một số mơ hình lan truyền khác, tuy
nhiên việc phân vùng ô nhiễm trong trường
hợp hệ thống xử lý bụi gặp sự cố hầu như
chưa được đề cập [1], [2], [4]. Với mô hình
Gauss hay mơ hình Berliand, bên cạnh ưu
điểm là dự báo nồng độ và khoảng cách phát
tán các chất ơ nhiễm thì hạn chế lớn nhất là
chưa xác định được mức độ phát tán nền hiện
trạng không gian lãnh thổ. Kết hợp đồng thời
các mô hình sẽ giúp tác giả xác định được

*_{Tel: 0985 281380, Email:}

nồng độ bụi theo khoảng cách và bán kính
phát tán gắn với nền hiện trạng trong 02
trường hợp điển hình: (1) Hệ thống xử lý bụi
hoạt động bình thường (đạt cơng suất và hiệu
suất đúng thiết kế); (2) Trường hợp dây
chuyền sản xuất hoặc hệ thống xử lý bụi gặp
sự cố.

Bài báo trình bày kết quả chạy mơ hình Gauss
và Berliand, ứng dụng Hệ thống thông tin địa
lý (GIS - sử dụng phần mềm Arcview) để
phân vùng ảnh hưởng từ bụi phát tán ra môi
trường tại Nhà máy xi măng Long Sơn và
vùng phụ cận. Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ
phạm vi phát tán trong các trường hợp cụ thể,
tạo cơ sở cho các nhà quản lý chủ động xây
dựng phương án ứng phó khi có rủi ro sự cố
xảy ra từ Nhà máy.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

<i><b>Đối tượng nghiên cứu: Quy trình sản xuất và </b></i>

nguồn phát thải Nhà máy xi măng Long Sơn
trong hai trường hợp: (1) Hệ thống xử lý bụi
hoạt động hiệu quả; (2) Hệ thống xử lý bụi gặp
sự cố khi dây chuyền sản xuất đang vận hành.

<i><b>Phương pháp nghiên cứu: Bên cạnh các </b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

được sử dụng trong nghiên cứu này là phương
pháp mơ hình.

<i>Mơ hình Gauss: Cơ sở mơ hình này là biểu </i>

thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là

phân bố Gauss. Các chất ô nhiễm trong khí
quyển được áp dụng cho nguồn thải điểm là
ống khói lị nung Nhà máy xi măng Long
Sơn. Mơ hình được lý tưởng hóa và áp dụng
với nền khí tượng ổn định, điều kiện tại bề
mặt đất là không đổi tại mọi khoảng cách nơi
diễn ra sự lan truyền đám mây khí [2].

<i>Mơ hình Berliand: Mơ tả q trình lan truyền </i>

và khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí
theo khơng gian, áp dụng trong điều kiện khí
tượng ổn định, với độ cao H [3].

<i>Phương pháp GIS: Sử dụng kỹ thuật GIS </i>

(phần mềm Arcview) chồng ghép các bản đồ
thành phần được xây dựng từ mơ hình Gauss
và mơ hình Berliand thành một bản đồ với các
đặc tính hồn tồn khác so với các loại bản đồ
thông thường [5].

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

<i>Điều kiện tính tốn: Theo thiết kế toàn bộ </i>

lượng bụi phát sinh từ các công đoạn được
thu gom bởi các thiết bị lọc bụi túi vải và lọc
bụi tĩnh điện, sau đó thốt qua ống khói có
chiều cao 100 m, đường kính miệng ống khói

3,5 m. Tính toán trong 02 trường hợp: Hệ
thống xử lý bụi hoạt động hiệu quả và không
hiệu quả. Khi hệ thống xử lý bụi khơng hoạt
động, tính tốn trong trường hợp ơ nhiễm bụi
là lớn nhất.

<i>Số liệu khí tượng: Sử dụng từ số liệu của Đài </i>

Khí tượng Thủy văn tỉnh Thanh Hóa (Bảng 1).

<i>Các bước thực hiện: Công tác phân vùng ô </i>

nhiễm bụi chính là việc sử dụng kỹ thuật GIS
(phần mềm Arcview) chồng ghép các bản đồ
thành phần được xây dựng từ mơ hình Gauss
thành một bản đồ với các đặc tính khác so với
các loại bản đồ thơng thường. Q trình này

được tiến hành qua các bước chính: (1) Xác
định các thơng số mơi trường nền để sử dụng
trong mơ hình Gauss và mơ hình Berliand; (2)
Sử dụng phần mềm Gauss và Berliand đưa
các thơng số về hệ thống xử lý bụi để có mơ
hình phát tán; (3) Xác định tọa độ các giao
điểm và tiến hành chồng ghép bản đồ Gauss
và Berliand trên nền bản đồ hiện trạng; (4)
Kết hợp dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc
tính của hai lớp bản đồ.

<b>Kết quả chạy mô hình Gauss kết hợp với </b>

<b>GIS trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt </b>
<b>động hiệu quả </b>

Ống khói nhà máy có chiều cao 100 m, đường
kính miệng ống khói 3,5 m, nhiệt độ khí thải
200 OC, tốc độ phụt khói thải 15 m/s, lưu
lượng 145,68 m3_{/s. Tải lượng bụi: 5,3 m}3

/s.
Dựa vào kết quả chạy mơ hình và sơ đồ phân
vùng ô nhiễm theo hai hướng gió chủ đạo cho
thấy:

Trong điều kiện khí quyển ổn định, khoảng
cách phát tán chất ô nhiễm dao động trong
khoảng từ 300 -1900 m, đạt cực đại ở khoảng
cách từ 800 -1000 m, tại chân ống khói giá trị
các chất ô nhiễm gần như bằng 0. Như vậy, ở
khoảng cách trên 1900 m tính từ chân ống
khói, các đối tượng như hệ thống đường giao
thông Hồ Quý Ly, Phùng Khắc Khoan, Lê
Trọng Tấn (cách Nhà máy khoảng 400 -500
m); khu dân cư tập trung phường Đông Sơn
(cách nhà máy khoảng 600 m) sẽ bị bao trùm
một phần bởi bụi phát tán (Hình 2 &4).
Nồng độ bụi lớn nhất do nguồn thải gây ra
vào mùa hè là 1,12 mg/m3, mùa đông là 1,01
mg/m3 (Hình 1 &3). Như vậy, giá trị bụi cực
đại theo hai mùa khơng có sự khác biệt rõ rệt,
tuy nhiên vào mùa hè nồng độ bụi có xu

hướng cao và khoảng cách phát tán cũng xa
hơn, giá trị đạt cực đại của mùa hè trong
khoảng 1000 m, mùa đơng là 800 m.

<i><b>Bảng 1. Nhiệt độ trung bình, vận tốc gió trung bình khu vực Nhà máy xi măng Long Sơn </b></i>

<b>Mùa </b> <b>Nhiệt độ, O_C</b>

<b>Gió chủ đạo </b> <b>Cấp ổn định </b>

<b>khí quyển </b>

<b>Vùng có khả năng chịu tác tác </b>
<b>động </b>

<b>Vận tốc, m/s </b> <b>Hướng </b>

Đông 21,4 2,3 Tây Nam 3 Đông Bắc

Hè 37,2 2 Đông Nam 2 Tây Bắc

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<i><b>Hình 1. Bản đồ phát thải bụi tại ống khói vào mùa hè </b></i>

<i><b>Hình 2. Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói vào mùa hè </b></i>

<i><b>Hình 3. Bản đồ phát thải bụi tại ống khói vào mùa đơng </b></i>
Nếu phân ra làm 03 vùng chịu ảnh hưởng của
bụi từ quá trình hoạt động tại Nhà máy, sẽ
cho thấy trong khoảng dưới 700 m nồng độ
bụi chủ yếu ảnh hưởng đến hoạt động của

Nhà máy và hệ thống đường giao thông lân

cận, tuy nhiên hàm lượng thấp dưới Quy
chuẩn Việt Nam (QCVN 23:2009/BTNMT);
từ 700 -1100 m rơi vào vùng nguy hiểm khi
đạt ngưỡng phát thải tối đa, từ 1100 -2000 m
các khu vực dân cư, hoạt động sản xuất nông
nghiệp của người dân cũng chịu tác động từ
quá trình này.

<i><b>Hình 4. Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói vào mùa đơng </b></i>

Dựa vào kết quả phân vùng cho thấy: Khi ở
khoảng cách càng xa thì khơng gian bụi phát
tán ra mơi trường xung quanh càng rộng. Tuy
nhiên khi dây chuyền sản xuất xi măng của
Nhà máy hoạt động bình thường, và hệ thống
xử lý hoạt động hiệu quả thì nồng độ bụi ở
mọi khoảng cách nằm trong giới hạn cho
phép theo QCVN. Lúc này môi trường làm
việc của cán bộ, công nhân viên tại Nhà máy,
và sức khỏe của cộng đồng dân cư khu vực
lân cận tại thị xã Bỉm Sơn được đảm bảo.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>Kết quả chạy mơ hình Berliand kết hợp với </b>
<b>GIS trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt </b>
<b>động khơng hiệu quả </b>

Khi có sự cố về chập điện, hư hỏng dây
chuyền, thiết bị xử lý khói bụi dẫn đến các

chất ô nhiễm phát tán ra môi trường xung
quanh, số liệu đầu ra tại ống khói như sau:
nhiệt độ khí thải 250 O_{C, tốc độ phụt khói thải}

19 m/s, lưu lượng 445,26 m3_{/s, tải lượng bụi}

350 m3/s.

<i><b>Hình 6. Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói trường </b></i>
<i>hợp hệ thống xử lý hoạt động khơng hiệu quả </i>
Nồng độ cực đại bụi phát sinh là 75,11 mg/m3
trong vịng bán kính khoảng 900 -1100 m,
cũng trong phạm vi này nồng độ bụi dao động
từ 63,05 -75,11 mg/m3 vượt QCVN khoảng 6
-7,5 lần. Tại bán kính từ 500 -900 m và 1100
-1600 m nồng độ bụi vượt quy chuẩn khoảng
từ 3 -5 lần. Vùng chân ống khói và từ khoảng
cách 1600 -2800 m dự báo nồng độ bụi có
vượt ngưỡng nhưng khơng lớn, khi ở bán kính
trên 2800 m dự báo hàm lượng bụi có xu thế
tiến về gần với nền hiện trạng. Như vậy khi ở
trường hợp 2, phạm vi, đối tượng, mức độ tác
động đều lớn hơn trường hợp 1, cụ thể:
Tất cả các đối tượng trong vịng bán kính 2,5
km sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của lượng bụi
phát sinh. Giao thông qua lại trong vùng, dân
cư sinh sống (đặc biệt là dân cư phường Đông
Sơn), các nhà máy lân cận, hoạt động sản xuất
nông nghiệp sẽ chịu thiệt hại từ q trình này.

Ngồi phạm vi bán kính 3000 m, và trong
phạm vi khoảng 500 m tính từ điểm phát thải
nồng độ các chất thải nằm trong ngưỡng giới

hạn cho phép. Như vậy, trong trường hợp gặp
sự cố liên quan đến hệ thống xử lý khí khói,
hàm lượng bụi không ảnh hưởng nhiều đến
chất lượng khơng khí khu vực Nhà máy.
Ngoài ra, trong trường hợp hệ thống xử lý bụi
gặp sự cố, mức độ phát tán bụi còn phụ thuộc
vào các yếu tố môi trường xung quanh, đặc
biệt là tốc độ gió và hướng gió. Theo tính
tốn từ mơ hình giả định, với gió mùa Tây
Nam tốc độ gió tăng 2 m/s, mức độ bụi phát
tán sẽ tăng 1,67 lần, nồng độ bụi giảm 12,34
mg/m3; gió mùa Đơng Nam tốc độ gió tăng 2
m/s, mức độ bụi phát tán sẽ tăng 1,82 lần,
nồng độ bụi giảm 11,96 mg/m3.

KẾT LUẬN

Nghiên cứu này đã đánh giá được mức độ
phát tán các chất ô nhiễm vào môi trường của
Nhà máy xi măng Long Sơn, sử dụng hai
phương pháp: (1) Sử dụng mơ hình Gauss và
phần mềm Arcview dự báo khoảng cách lan
truyền, nồng độ của bụi trong trường hợp hệ
thống bụi hoạt động hiệu quả; (2) Sử dụng mơ
hình Berliand và Arcview ở trường hợp gặp
sự cố dẫn đến tồn bộ lượng bụi khơng được

xử lý. Kết quả tính tốn và mô phỏng cho
thấy: Nồng độ bụi lớn nhất do nguồn thải gây
ra dao động từ 1,01 -1,12 mg/m3

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Khắc Khoan và đường Lê Trọng Tấn và một
phần vùng dân cư tập trung ở phường Đông
Sơn), kiến nghị cơ sở sản xuất kết hợp với
chính quyền địa phương xây dựng các biện
pháp giảm thiểu tác hại của bụi như: Trồng
cây xanh tạo vành đai, tăng cường quản lý sản
xuất tránh xảy ra sự cố, lắp đặt hệ thống giám
sát online để khi hàm lượng bụi vượt quy
chuẩn cho phép cần dừng sản xuất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Thế Anh, Nguyễn Duy Hiếu, Bùi Tá
Long (2010), “Mô phỏng ô nhiễm khơng khí từ
nguồn thải cơng nghiệp tại khu vực có địa hình đồi
núi: trường hợp nhà máy xi măng Bỉm Sơn, Thanh

<i>Hóa”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường </i>
<i>Đại học Kỹ thuật, 12(4), tr. 25-32. </i>

2. Đỗ Đình Chiến, Mai Duy Tuân (2015), “Ứng
dụng mơ hình Gauss tính tốn tải lượng phát tải
khí từ nguồn thải do hoạt động giao thông của
<i>thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học, ĐHQG Hà </i>
<i>Nội, 33(2), tr.21-28. </i>

<i>3. Bùi Tá Long (2008), Mơ hình hóa môi trường, </i>
Nxb Đại học Quốc gia TP.HCM.

4. Ngô Trà Mai (2016), “Áp dụng mơ hình Gauss
trong tính tốn dự báo lan truyền khí thải của Nhà
<i>máy xi măng Long Sơn”, Tạp chí Khoa học và </i>
<i>Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên, 159(14), </i>
tr.147-152.

<i>5. Trần Thị Băng Tâm (2010), Giáo trình Hệ </i>
<i>thống thông tin Địa lý, Nxb Nông nghiệp. </i>

SUMMARY

<b>SIMULATE DUST DISPERSION AREA AT LONG SON CEMENT FACTORY </b>

<b> </b>
<b> Ngo Tra Mai1, Kieu Quoc Lap2* </b>
<i>1</i>

<i>Institute of Physics – VAST, 2<b>University of Sciences- TNU </b></i>

This article displays the result of utilising modeling method in simulating the area and
concentration of dust dispersion at Long Son cement factory, with a capacity of 2.3 million
tons/year. In both cases: When the dust filtering system working as intended (using Gauss and
ArcView); and when the dust filtering system malfunction and fail to cleanse the dust (using
Berliand and ArcView). The results show: When the dust processing system working properly, at
all distances and different dispersion locations, the concentration of dust in the air is with in limit
of 23:2009/BTNMT National Standards. In the event of production procedure failure and dust
filtering system malfunction, the concentration of dust in the air is 3.2-8 times above the

acceptable level with a radius from 500 -1600 m. At a distance less than 500m and more than 1600
m, dust congregation isn’t as great but it’s still 1.5-3 times above the suitable level for an
unpolluted environment. At a radius greater than 3000 m, in general, the air quality isn’t affected
by the dust from the cement factory.

<i><b>Keywork: Gauss Model, berliand Model, GIS, dust dispersion, Long Son cement </b></i>

<i><b>Ngày nhận bài: 30/8/2017; Ngày phản biện: 13/9/2017; Ngày duyệt đăng: 30/11/2017 </b></i>

</div>

<!--links-->