Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ô nhiễm không khí của Nhà máy xi măng sông Lam 2 và đánh giá mức độ phát tán của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

TRẦN TIẾN THÀNH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHÁT THẢI
MỘT SỐ CHẤT Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG SƠNG LAM 2
VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT TÁN CỦA CHÚNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI – NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

TRẦN TIẾN THÀNH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHÁT THẢI
MỘT SỐ CHẤT Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG SƠNG LAM 2
VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT TÁN CỦA CHÚNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.NGHIÊM TRUNG DŨNG

Hà nội – Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu xác định phát
thải một số chất ơ nhiễm khơng khí của Nhà máy xi măng Sông Lam 2 và đánh
giá mức độ phát tán của chúng” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS
Nghiêm Trung Dũng. Đây không phải bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức
nào. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn đều do tơi xác định và đánh giá.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong luận văn này.

Hà Nội, ngày … tháng …. năm 2018
HỌC VIÊN

Trần Tiến Thành

i


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt
thời gian từ khi bắt đầu học tập chương trình cao học tại trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội đến nay, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cơ,

gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến quý Thầy, Cô ở Viện Khoa học
và Công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng với tri thức
và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời
gian học tập cũng như làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ.
Thứ hai, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng đã định
hướng cho tơi một đề tài có tính áp dụng thực tiễn cao đối với cơng việc hiện tại của
mình. Đồng thời góp những ý kiến giúp tơi hồn thành bản luận văn tốt nghiệp thạc
sỹ này.
Thứ ba, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới Viện Môi trường và phát triển bền
vững, nơi tôi đang công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình
học tập chương trình cao học và thực hiện luận văn này.
Thứ tư, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các anh, chị Phịng Tổ chức - Hành
chính và phịng cơ điện Công ty cổ phần Xi măng Sông Lam 2 đã nhiệt tình giúp đỡ
tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi cũng xin được bày tỏ lịng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đã
hết lịng ủng hộ, giúp đỡ để tơi có thể hồn thành bản luận văn này.

Học viên

Trần Tiến Thành

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN……………….…………………………………….……………i
LỜI CẢM ƠN……..…………….…………………………………………………ii
PHẦN MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................... 2
Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................. 2
Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 2
Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Sản xuất xi măng và vấn đề ơ nhiễm khơng khí ................................................ 4
1.2. Phương pháp xác định phát thải ......................................................................... 4
1.2.1. Phương pháp xác định mức độ phát thải đối với nguồn tĩnh .......................... 5
1.2.2. Phương pháp quan trắc đối với nguồn tĩnh ..................................................... 6
1.2.2.1. Lấy mẫu bụi ................................................................................................. 6
1.2.2.2. Quan trắc các chất ô nhiễm dạng khí ......................................................... 10
1.2.2.3. Đo một số thông số phụ trong quan trắc phát thải ..................................... 11
1.3. Mức độ phát tán các chất ô nhiễm từ nguồn tĩnh ............................................. 12
1.4. Mơ hình phát tán chất ơ nhiễm khơng khí từ nguồn tĩnh ................................. 15
1.4.1. Mơ hình AERMOD ....................................................................................... 18
1.4.2. Các u cầu đầu vào của mơ hình ................................................................. 21
1.5. Giới thiệu về nhà máy xi măng Sông Lam 2 ................................................... 22
CHƯƠNG 2. Q TRÌNH THỰC NGHIỆM
2.1. Q trình quan trắc phát thải ............................................................................ 27
2.1.1. Quá trình chuẩn bị ......................................................................................... 27
iii


2.1.2. Thực hiện quan trắc ....................................................................................... 31
2.2. Xác định mức độ phát thải ............................................................................... 39
2.3. Xác định mức độ phát tán các chất ơ nhiễm khơng khí ................................... 36
2.3.1. Chạy mơ hình phát tán .................................................................................. 36
2.3.1.1. Với bụi........................................................................................................ 36
2.3.1.2. Với một số chất ơ nhiễm dạng khí ............................................................. 36
2.3.2. Q trình chạy mơ hình ................................................................................. 37

2.3.2.1. Số liệu đầu vào của mơ hình ...................................................................... 37
2.3.2.2. Các bước chạy mơ hình AERMOD ........................................................... 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nồng độ các chất ơ nhiễm trong khí thải ......................................................... 49
3.2. Mức độ phát thải .............................................................................................. 52
3.2.1. Hệ số phát thải ............................................................................................... 52
3.2.2. Tốc độ phát thải ............................................................................................. 54
3.3. Mức độ phát tán ............................................................................................... 55
3.3.1. Đối với bụi .................................................................................................... 55
3.3.1.1. Kịch bản 1 .................................................................................................. 55
3.3.1.2. Kịch bản 2 .................................................................................................. 58
3.3.1.3. Kịch bản 3 .................................................................................................. 61
3.3.2. Đối với một số chất ô nhiễm dạng khí .......................................................... 65
3.3.2.1. Phát tán NO2 .............................................................................................. 66
3.3.2.2. Phát tán SO2 ............................................................................................... 70
Kết luận .................................................................................................................. 75
Tài liệu tham khảo ................................................................................................ 76

iv


PHẦN PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Vị trí điểm lấy mẫu ............................................................................... 80
Phụ lục 2. Hướng gió và tốc độ gió ....................................................................... 82
Phụ lục 3. Sản lượng clinker và lượng than tiêu thụ của nhà máy ......................... 95
Phụ lục 4. Quá trình lấy mẫu bụi ............................................................................ 97
Phụ lục 5. Thơng số chạy mơ hình ........................................................................100
Phụ lục 6. Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện luận văn ............................ 102

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các cấp ổn định của khí quyển ............................................................... 14
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật hệ thống lắng bụi tĩnh điện ....................................... 26
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật ống khói lị nung nhà máy xi măng Sơng Lam 2 ...... 26
Bảng 3.1. Kết quả quan trắc khí thải tại lị nung nhà máy xi măng Sơng Lam 2 ..49
Bảng 3.2. Hệ số phát thải tính theo sản phẩm, nhiên liệu .......................................52
Bảng 3.3. Kết quả tính tốc độ phát thải của nhà máy xi măng Sông Lam 2 ...........55
Bảng 3.4. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 1 (mùa mưa) .................................56
Bảng 3.5. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 1 (mùa khơ) ..................................57
Bảng 3.6. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 2 (mùa mưa) .................................60
Bảng 3.7. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 2 (mùa khơ) ..................................60
Bảng 3.8. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 3 (mùa mưa) .................................63
Bảng 3.9. Diện tích phân bố bụi theo kịch bản 3 (mùa khô) ..................................64
Bảng 3.10. Diện tích phân bố NO2 (mùa mưa) .......................................................66
Bảng 3.11. Diện tích phân bố NO2 theo ( mùa khơ) ...............................................68
Bảng 3.12. Diện tích phân bố SO2 (mùa mưa) .......................................................70
Bảng 3.13. Diện tích phân bố SO2 (mùa khơ) .........................................................72

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy của các phương pháp đánh giá phát
thải .............................................................................................................................5
Hình 1.2. Vị trí lấy mẫu trên ống khói ......................................................................7
Hình 1.3. Giản đồ xác định số điểm lấy mẫu ............................................................8
Hình 1.4. Ví dụ mơ tả sự phân bố vị trí 12 điểm hút mẫu trên tiết diện ống khói có
tiết diện trịn và tiết diện hình hình chữ nhật ............................................................9

Hình 1.5. Lấy mẫu isokinetic và khơng isokenetic .................................................10
Hình 1.6. Phân loại mơ hình trong kỹ thuật mơi trường .........................................15
Hình 1.7. Cấu trúc sơ đồ hệ thống AERMOD ........................................................20
Hình 1.8. Giao diện của phần mềm AERMOD View TM Version 9.4 ....................21
Hình 1.9. Sản lượng clinker của nhà máy từ 10/2015 đến 9/2016..........................23
Hình 1.10. Lượng than tiêu thụ của nhà máy từ 10/2015 đến 9/2016 ....................24

Hình 2.1. Vị trí quan trắc bụi và khí thải ................................................................28
Hình 2.2. Phân bố điểm quan trắc bụi và khí thải ...................................................28
Hình 2.3. Sơ đồ ngun lý thiết bị lấy mẫu bụi. Nguồn: [17].................................30
Hình 2.4. Sơ đồ lắp đặt hệ thống đo hàm ẩm ..........................................................32
Hình 2.5. Ống Pitot hình chữ S ...............................................................................32
Hình 2.6. Trang web thu thập dữ liệu quan trắc khí tượng .....................................38
Hình 2.7. Hoa gió tại khu vực nghiên cứu ..............................................................39
Hình 2.8. Các bước chạy mơ hình AERMOD ........................................................40
Hình 2.9. Tạo lập file chạy mơ hình .......................................................................41
Hình 2.10. Cấu trúc dữ liệu tệp tin (*.sfc) ..............................................................42
Hình 2.11. Cấu trúc dữ liệu tệp tin (*.pfl) ...............................................................43
Hình 2.12. Nhập dữ liệu đầu vào ............................................................................44
Hình 2.13. Quá trình chạy mơ hình .........................................................................45
Hình 2.14. Hiển thị kết quả tính tốn mơ hình ........................................................46
vii


Hình 2.15. Hiển thị ra dạng vector hình ảnh ...........................................................47
Hình 2.16. Chập bản đồ khu vực nghiên cứu ..........................................................48

Hình 3.1. So sánh hệ số phát thải các chất ô nhiễm khơng khí ..............................53
Hình 3.2. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 1, mùa mưa ......................................56
Hình 3.3. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 1, mùa khơ .......................................58

Hình 3.4. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 2 (mùa mưa) ....................................59
Hình 3.5. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 2 (mùa khơ) .....................................61
Hình 3.6. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 3, mùa mưa ......................................62
Hình 3.7. Mức độ phân bố bụi theo kịch bản 3 (mùa khô) .....................................65
Hình 3.8. Mức độ phân bố NO2 (mùa mưa) ............................................................67
Hình 3.9. Mức độ phân bố NO2 (mùa khơ) .............................................................69
Hình 3.10. Mức độ phân bố SO2 (mùa mưa) ..........................................................71
Hình 3.11. Mức độ phân bố SO2 (mùa khô) ...........................................................73

viii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

EF (Emission factor):

Hệ số phát thải

ESP (Electrostatic precipitator)

Thiết bị lắng bụi tĩnh điện

GIS (Geographic Information System)

Hệ thống thông tin địa lý

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

US EPA (United States Environmental Cục bảo vệ môi trường Mỹ
Protection Agency)
WHO (World Health Organization)

Tổ chức y tế thế giới

ix


PHẦN MỞ ĐẦU
 Đặt vấn đề
Xi măng là một trong những ngành cơng nghiệp vật liệu xây dựng then chốt
đóng góp một phần khơng nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam. Tuy
nhiên, quá trình sản xuất xi măng tạo ra nhiều mặt trái trong đó có vấn đề ơ
nhiễm khơng khí. Do đó, cần có các biện pháp kiểm sốt mơi trường đặc biệt mà
mơi trường khơng khí.
Cho đến nay, việc kiểm kê phát thải khí từ các nhà máy xi măng tại Việt
Nam đã được các cơ quan nghiên cứu thực hiện nhưng dữ liệu chung của các
hoạt động này là áp dụng hệ số phát thải của nước ngoài (chủ yếu là sử dụng hệ
số phát thải của Mỹ, WHO, EU) cho việc tính tốn, do Việt Nam chưa có bộ hệ
số phát thải cho ngành xi măng. Tuy nhiên, hệ số này không được xây dựng dựa
trên công suất và đặc điểm của các cơ sở tại Việt Nam do đó độ tin cậy và chính
xác chưa cao.
Nhà máy xi măng Sơng Lam 2 tiền thân là nhà máy xi măng Dầu khí 12/9.
Cuối năm 2009, Nhà máy Xi măng Dầu khí 12/9 đã tiến hành đầu tư nâng cấp,
thay đổi công nghệ từ lị đứng sang lị quay, nâng cơng suất từ 90.000 tấn xi
măng lên 550.000 tấn xi măng/năm. Tháng 3/2015, Nhà máy xi măng Dầu khí

12/9 đã được Tập đồn Xi măng The Vissai mua lại, hoàn thiện và đi vào hoạt
động từ tháng 10 năm 2015.
Việc dự báo và đánh giá các chất gây ô nhiễm của nhà máy xi măng Sơng
Lam 2 chỉ thơng qua việc kiểm sốt sự phát thải từ các nguồn thải chính của nhà
máy và từ môi trường xung quanh một cách định kỳ như theo báo cáo đánh giá
tác động môi trường. Nhà máy xi măng Sơng Lam 2 chưa có một hệ thống quan
trắc tự động, hệ thống kiểm soát bằng hệ thống thông tin một cách đồng bộ. Do
vậy, để đảm bảo tốt công tác quản lý môi trường của nhà máy xi măng Sơng Lam
2 nói riêng và các nhà máy xi măng tại Việt Nam nói chung cần xác định mức độ
phát thải và mức độ phát tán của các nhà máy này.
1


Với các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ơ
nhiễm khơng khí của Nhà máy Xi măng Sông Lam 2 và đánh giá mức độ phát tán
của chúng” được lựa chọn làm nội dung nghiên cứu. Kết quả của đề tài hy vọng
sẽ góp phần hồn thiện, bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp luận cho việc
xây dựng bộ hệ số phát thải của ngành xi măng Việt Nam nói chung và nhà máy
xi măng Sơng Lam 2 nói riêng. Ngồi ra, việc xác định hệ số phát thải này là cần
thiết và tạo cơ sở để có thể kiểm tốn, kiểm sốt chất lượng khơng khí giúp nhà
máy xi măng Sông Lam 2 tuân thủ nghiêm các quy định về bảo vệ môi trường
cũng như giúp cơ quan quản lý trong việc kiểm sốt chất lượng khơng khí tại địa
phương.
 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng đựa lựa chọn nghiên cứu là nhà máy xi măng Sơng Lam 2 có địa
chỉ tại xã Hội Sơn, huyện Anh Sơn, tỉnh Nghệ An có cơng suất 550.000 tấn xi
măng/năm.
 Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát:
 Góp phần xây dựng bộ hệ số phát thải các chất ơ nhiễm khơng khí cho

ngành sản xuất xi măng;
 Đánh giá mức độ phát tán của các chất ơ nhiễm khơng khí trong khí thải
từ các nhà máy sản xuất xi măng.
- Mục tiêu cụ thể:
 Xác định mức độ phát thải từ nhà máy xi măng Sông Lam 2
 Đánh giá mức độ phát tán của các chất ơ nhiễm khơng khí trong khí thải
từ nhà máy xi măng Sông Lam 2.
 Nội dung nghiên cứu
- Điều tra, thu thập, phân tích và đánh giá các dữ liệu liên quan đến nhà máy
xi măng Sông Lam 2 và khu vực xung quanh:
 Điều tra về tình hình sản xuất của nhà máy, lượng nhiên liệu sử dụng,
lưu lượng khí thải phát sinh, số liệu quan trắc khí thải từ ống khói trong
2


công ty xi măng Sông Lam 2;
 Điều tra, thu thập số liệu về bản đồ GIS và điều kiện khí tượng của tỉnh
Nghệ An;
- Tìm hiểu về mơ hình AERMOD;
- Ứng dụng mơ hình AERMOD để đánh giá mức độ phát tán các chất ơ
nhiễm khơng khí từ khí thải nhà máy xi măng Sông Lam 2.
 Phạm vi nghiên cứu
- Vị trí nghiên cứu: ống khói lị nung clinker của nhà máy xi măng Sông Lam 2
-

Thời gian nghiên cứu: năm 2016;

- Các chất ơ nhiễm khơng khí chính: gồm bụi, SO2, NOx, CO;
- Giới hạn về mơ hình: AERMOD

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Sản xuất xi măng và vấn đề ơ nhiễm khơng khí
Xi măng là một loại bột mịn, màu xám hoặc màu trắng, bao gồm hỗn hợp
các vật liệu chủ yếu là silic canxi và một số nguyên liệu khác. Hơn 30 nguyên
liệu được biết là được sử dụng trong sản xuất xi măng và các vật liệu này có thể
được chia thành bốn loại khác nhau: nhóm có thành phần đá vơi, nhóm có thành
phần silic, nhóm có thành phần đất sét và nhóm có thành phần sắt. Những vật
liệu này được kết hợp với nhau về mặt hóa học thơng qua xử lý nhiệt và được xử
lý cơ học tiếp theo để hình thành xi măng [1].
Các công đoạn sản xuất xi măng gồm q trình nung clinker và nghiền
clinker. Hai cơng đoạn sản xuất này phát sinh ra các chất ô nhiễm khơng khí.
Trong đó, cơng đoạn nghiền clinker chủ yếu phát sinh bụi. Công đoạn nung
clinker phát sinh bụi và các chất ơ nhiễm khơng khí như SO2, NOx, CO…Do vậy,
các vấn đề ơ nhiễm khơng khí từ q trình sản xuất xi măng chủ yếu phát sinh từ
quá trình nung clinker. Tùy theo công nghệ sản xuất xi măng, chủng loại nhiên
liệu, công suất nhà máy mà lượng các chất ơ nhiễm có thể phát sinh nhiều hay ít.
Khi có đủ số liệu về quá trình vận hành nhà máy, các dữ liệu về địa lý, khí hậu
khu vực nhà máy có thể tính tốn được mức phát thải và xác định được mức độ
phát tán của chúng.
1.2. Phương pháp xác định phát thải
Để xác định phát thải từ các q trình phát sinh chất ơ nhiễm có thể sử dụng
nhiều phương pháp như: quan trắc phát thải, cân bằng vật chất, mơ hình phát thải
hay hệ số phát thải. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Mối quan hệ
giữa chi phí và độ tin cậy đối với từng phương pháp tiếp cận thể hiện tại Hình 1.1.
Qua Hình 1.1, nhận thấy rằng, khi sử dụng hệ số phát thải để đánh giá mức
độ phát thải thì chi phí bỏ ra thấp hơn so với các phương pháp tiếp cận khác như
mơ hình phát thải hay quan trắc phát thải tuy nhiên kết quả thu được có độ tin cậy

có thể tương đương với các phương pháp trên. Do vậy, khi xét về mối quan hệ
4


giữa chi phi và độ tin cậy thì phương pháp hệ số phát thải là phương pháp được ưu
tiên sử dụng [3]

Hình 1.1. Quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy của các phương pháp
đánh giá phát thải. Nguồn: [2]
1.2.1. Phương pháp xác định mức độ phát thải
Một trong những phương pháp thường được áp dụng để xác định mức độ
phát thải (đối với nguồn tĩnh) là: phương pháp quan trắc phát thải, phương pháp
cân bằng vật chất và phương pháp mơ hình phát thải.
 Quan trẳc phát thải [2]
Quan trắc phát thải là phương pháp thường được áp dụng để xác định nồng độ
chất ô nhiễm và thường áp dụng cho nguồn điểm. Bao gồm quan trắc liên tục
(CEMs) và quan trắc không liên tục (Source tests).
Quan trắc liên tục áp dụng đo trực tiếp (online) các chất ô nhiễm như NO,
NO2, SO2, NH3, CO2…
 Cân bằng vật chất [4]
Nguyên tắc chung của phương pháp dựa vào định luật bảo tồn khối lượng.
Phương trình cân bằng vật chất được thiết lập cho các chất đầu vào và đầu ra của
q trình dựa trên các phản ứng hố học và các biến đổi về lượng của thành phần

5


nhiên liệu. Từ đó, có thể tính tốn được lượng chất ô nhiễm tạo thành và được
quy đổi ra hệ số phát thải cho từng loại quá trình và chất ô nhiễm.
 Mô hình phát thải [3]

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các thuật toán phù hợp để mô
phỏng sự thay đổi của các yếu tố trong quá trình. Từ các số liệu đầu vào và quy
luật biến đổi của các yếu tố xảy ra trong quá trình có thể ước tính các tham số của
mơ hình và tiến hành lập trình, tính tốn sự phát thải chất ơ nhiễm. Phương pháp
này có thể xác định được hệ số phát thải hoặc mức phát thải của các dạng nguồn
cụ thể như phát thải của nguồn động, phát thải do bay hơi của các bể chứa, phát
thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ các trạm xử lý nước thải… Tuy nhiên, phương
pháp này yêu cầu phải có lượng thơng tin đáng kể về nguồn thải cần ước lượng
và điều kiện khí tượng, địa hình trong khu vực nguồn thải.
1.2.2. Phương pháp quan trắc phát thải
1.2.2.1. Lấy mẫu bụi
Quá trình lấy mẫu bụi được tiến hành theo phương pháp lấy mẫu đẳng khí
động (đảm bảo Isokinetic). Các yêu cầu cụ thể về phương pháp lấy mẫu bụi được
trình bày dưới đây
 Vị trí lấy mẫu
Để mẫu bụi thu được mang tính đại diện phản ánh sự phân bố và nồng độ
trong ống khói thì ưu tiên điểm lấy mẫu nằm trên đoạn đường ống (coi là chúng
có cùng độ dài) thẳng đứng và có tiết diện trịn. Về nguyên tắc, vị trí nào càng ít
chuyển động rối thì bụi phân bố càng ổn định. Thứ tự ưu tiên như sau đoạn thẳng
đứng sau đó đến đoạn dài nhất. Về tiết điện thì ưu tiên theo thứ tự tiết diện trịn,
tiết diện vng, tiết diện hình chữ nhật. Trên đoạn ống khói đã được chọn để lấy
mẫu phát thải bụi, chọn vị trí lấy mẫu đáp ứng điều kiện A ≥ 0,5D và B ≥ 2D
(với D là đường kính trong của ống khói; A, B tương ứng là khoảng cách ngược
chiều và xi chiều dịng khí tính từ vị trí có sự thay đổi dịng khí tới vị trí lấy
mẫu được thể hiện trong Hình 1.2) [2, 6]. Vị trí lỗ lấy mẫu được minh họa như

6


trên Hình 1.1.

Hình 1.2. Vị trí lấy mẫu trên ống khói
Nguồn: [2]
 Số điểm cần hút mẫu trên một tiết diện ống khói [6]
Sau khi xác định được đoạn lấy mẫu, cần tiến hành xác định số điểm và vị trí
các điểm lấy mẫu. Số điểm lấy mẫu tối thiểu được xác định dựa trên mối tương
quan giữa tỷ lệ A/D và B/D. Số điểm lấy mẫu tối thiểu được xác định dựa theo
Hình 1.3.
Đối với ống khói có tiết diện hình chữ nhật sử dụng giá trị đường kính tương
đương để xác định vị trí số điểm lấy mẫu. Đường kính tương đương của ống khói
có tiết diện chữ nhật được tính theo cơng thức:
dtd = 4 * (diện tích tiết diện/chu vi)

7


Sau khi xác định được số điểm lấy mẫu, vị trí cho từng điểm lấy mẫu được
xác định bằng cách chia tiết diện ống khói thành nhiều phần có diện tích bằng
nhau. Đối với ống có tiết diện hình chữ nhật, tiết diện ống được chia thành các ô
vuông hoặc chữ nhật. Đối với ống có tiết diện trịn, tiết diện ống được chia thành
các vòng tròn đồng tâm. Xác định vị trí các điểm lấy mẫu dựa theo cơng thức:
Xi = d x Ki
Trong đó: d: đường kính ống khói
Ki: hệ số ứng với từng điểm lấy mẫu, cụ thể cho trong Phụ lục 1.
Xi: vị trí điển lấy mẫu thứ i.

D > 0,61 m

Hình 1.3. Giản đồ xác định số điểm lấy mẫu

8


Hình 1.4. Ví dụ mơ tả sự phân bố vị trí 12 điểm hút mẫu trên tiết diện ống
khói có tiết diện trịn và tiết diện hình hình chữ nhật
 Quá trình lấy mẫu [2]
Quá trình lấy mẫu cần đảm bảo điều kiện đẳng khí động (isokinetic). Q
trình lấy mẫu khí thải cần phải thỏa mãn các yêu cầu như sau:
- Đầu lấy mẫu hướng thẳng góc, ngược chiều với chuyển động của dịng khí;
- Thành của đầu lấy mẫu: càng nhẵn và mỏng thì càng tốt;
- Đường kính đầu lấy mẫu: càng nhỏ so với đường kính ống khói càng tốt;
- Vận tốc hút mẫu (vh) và vận tốc chuyển động của dịng khí (vk) trong ống
dẫn về ngun tắc phải bằng nhau
Ví dụ về q trình lấy mẫu isokinetic và khơng isokinetic được thể hiện tại
Hình 1.5. Trong trường hợp nếu vh < vk, các hạt kích thước nhỏ, có qn tính bé
sẽ đi lệch ra ngồi giới hạn của miệng ống hút, một số hạt bụi có kích thước lớn
do có qn tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động của mình và lọt vào ống hút mẫu,
như vậy mẫu khí lấy được sẽ có số hạt bụi cỡ lớn vượt cao so với thực tế (Hình
1.5 c). Trong trường hợp ngược lại, dịng khí bị cuốn mạnh vào ống hút mẫu, do
đó, một số hạt bụi cỡ lớn không được hút vào làm cho số lượng hạt bụi cỡ lớn đo
được ít hơn so với thực tế (Hình 1.5 d).
Như vậy, lấy mẫu đảm bảo isokinetic có nghĩa là việc lấy mẫu sao cho không làm
9


ảnh hưởng tới dịng chảy của khí thải trong ống khói.

Hình 1.5. Lấy mẫu isokinetic và khơng isokenetic
1.2.2.2. Quan trắc các chất ơ nhiễm dạng khí
Việc quan trắc phát thải các chất ơ nhiễm dạng khí thường đơn giản hơn so

với bụi, vị trí lấy mẫu cũng khơng địi hỏi quá khắt khe. Trong thực tế khi triển
khai quan trắc thường tiến hành lấy cả mẫu bụi và mẫu khí. Do vậy, thường chọn
điểm lấy mẫu bụi làm điểm lấy mẫu khí. Để xác định nồng độ các chất ơ nhiễm
dạng khí có sử dụng hai cách đó là lấy mẫu khí và đo trực tiếp tại nguồn thải.
-

Phương pháp đo trực tiếp tại nguồn thải

Nguyên tắc chung của phương pháp là sử dụng sensor trong thiết bị đo trực

10


tiếp tại nguồn thải. Phương pháp đo trực tiếp xác định được nhiều thơng số và
cho kết quả nhanh. Ngồi ra, phương pháp cho phép ghi lại nồng độ chất ô
nhiễm ở từng thời điểm, nên dễ dàng theo dõi diễn biến phát thải của chúng.
Do đó rất thích hợp sử dụng để quan trắc một nguồn thải
-

Phương pháp lấy mẫu khí [2]

Nguyên tắc chung khi lấy mẫu khí: chất khí quan tâm được thu giữ lại nhờ
vào các phương pháp hấp thụ, hấp phụ, ngưng tụ hay thế chỗ khí. Tùy thuộc vào
điều kiện thực tế, thiết bị, dụng cụ và điều kiện phân tích mà chọn lựa phương
pháp phù hợp.
Ngồi việc lấy mẫu khí, cần phải xác định một số thơng số phụ khác trong
khí thải như: Vận tốc, hàm ẩm,....
1.2.2.3. Đo một số thông số phụ trong quan trắc phát thải
 Vận tốc khí thải
Việc đo đạc có thể dựa vào phương pháp 2 của Cục bảo vệ môi trường Mỹ

(US.EPA) như là một phương pháp tham khảo để xác định vận tốc của khí thải.
Ống pitot hình chữ S thường được sử dụng để xác định vận tốc khí trong ống
khói, ống pitot gồm một đầu đo áp suất động và một đầu đo áp suất tĩnh. Chênh
lệch áp giữa hai đầu chính là áp suất dịng khí trong ống khói [6].
Thơng thường thì kiểm tra vận tốc khí trước khí tiến hành lấy mẫu để chọn
ra được thiết bị phù hợp và xác định được tốc độ lấy mẫu [7].
 Hàm ẩm [10]
Đối với xác định hàm ẩm cỏ thể dựa vào phương pháp 4 của Cục bảo vệ môi
trường Mỹ (US.EPA) như là một phương pháp tham khảo để xác định độ ẩm trong
ống khói.
Ngun lý phương pháp: mẫu khí được hút ra với một tốc độ không đổi từ
nguồn thải. Hơi nước trong khí thải được tách ra khỏi mẫu và lượng của nó được
xác định theo phương pháp thể tích hoặc phương pháp trọng lượng.
Hàm ẩm được xác định theo công thức [8]:

11


Trong đó:
- Bws: Hàm ẩm
- Vwc(std): thể tích hơi nước ngưng tụ, quy đổi ra điều kiện chuẩn
- Vwsg(std): thể tích hơi nước thu được trong silicagel đổi ra điều kiện chuẩn
- Vm(std): Thể tích khí khơ được xác định bởi thiết bị đo khí khơ, quy đổi ra
điều kiện chuẩn
Khi có đủ các số liệu quan trắc về mức độ phát thải của một nguồn tinh, có thể
xác định được mức độ phát tán của chúng trong môi trường khơng khí.
1.3. Mức độ phát tán các chất ơ nhiễm
Đối với nguồn tĩnh, khí thải sau khi ra khỏi miệng ống khói sẽ được phát
tán trong khơng khí. Q trình phát tán các chất ô nhiễm chịu tác động của nhiều
yếu tố, tuy nhiên, dựa vào bản chất tác động có thể phân chúng thành 3 nhóm yếu

tố: nhóm yếu tố về nguồn thải, nhóm yếu tố về điều kiện khí tượng, nhóm yếu tố
về địa hình [9]
 Nhóm yếu tố về nguồn thải [3, 2, 6, 9, 10]
Các yếu tố về nguồn bao gồm: tốc độ phát thải chất ô nhiễm, tốc độ và nhiệt
độ khí thải, chiều cao và đường kính đỉnh của nguồn, bản chất của khí thải.
- Tốc độ phát thải: là khối lượng chất ô nhiễm thải ra ngồi khí quyển. Đây là
yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển.
Tốc độ phát thải chất ô nhiễm càng lớn có nghĩa là chất ơ nhiễm thải ra khí quyển
càng nhiều và mức độ ơ nhiễm càng tăng.
- Tốc độ của khí thải: là vận tốc của khí thải trước khi thốt ra khỏi nguồn. Thơng
thường đó là vận tốc của khí thải tính theo đường kính đỉnh của nguồn. Vận tốc
khí thải càng lớn thì phát tán chất ô nhiễm càng xa và ngược lại.
- Nhiệt độ của khí thải: là nhiệt độ của khí thải trong ống khói trước khi thải ra
khí quyển. Nhiệt độ của khí thải càng lớn dẫn đến độ chênh nhiệt độ giữa khí thải
và khơng khí bên ngồi càng lớn và cuối cùng chúng tạo ra độ chênh áp suất giữa
12


khí thải và khơng khí bên ngồi càng lớn thúc đẩy quá trình phát tán càng xa hơn.
- Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh của ống khói. Chiều
cao của nguồn có ảnh hưởng rất lớn đến q trình phát tán của chất ơ nhiễm.
Chiều cao của nguồn càng lớn thì chất ơ nhiễm phát tán càng xa và ngược lại.
Tuy nhiên, việc nâng cao chiều cao của nguồn để pha lỗng khí thải cũng có giới
hạn do chúng cịn phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật khi xây dựng nó.
- Đường kính của nguồn: là đường kính trong của ống khói. Thơng số này có liên
quan đến lưu lượng và tốc độ chuyển động của khí thải trước khi ra khỏi ống
khói. Đường kính của ống khói càng nhỏ thì tốc độ khí thải càng lớn và q trình
phát tán càng xa và ngược lại.
- Bản chất của khí thải: là kể đến các tính chất vật lý, hố học của chất ơ nhiễm.
Các tính chất này cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ơ

nhiễm trong khí quyển. Ví dụ, với chất khí thì thường phát tán xa hơn chất lỏng;
các chất có trọng lượng lớn thì dễ xảy ra các quá trình sa lắng khơ, sa lắng ướt
hơn các chất có trọng lượng bé. Các loại có khi có nồng độ bụi cao và kích thước
hạt lớn thì thường phát tán gần hơn, các hạt bụi sau khi ra khỏi ống khói sẽ bị sa
lắng khô và sa lắng rất nhanh hơn kết quả là chúng rơi gần ống khói hơn.
 Yếu tố về điều kiện khí tượng [2, 9, 10]
Ngồi yếu tố về nguồn thải thì các yếu tố về điều kiện khí tượng cũng là một
trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự lan truyền các chất ô nhiễm
trong khơng khí. Nói đến các yếu tố về khí tượng là kể đến sự ảnh hưởng của các
yếu tố như: tốc độ gió, độ ổn định của khí quyển
- Tốc độ gió
Tốc độ gió là tốc độ chuyển động của khơng khí trong khí quyển do chênh
lệch áp suất của khơng khí giữa các vùng với nhau. Thực chất tốc độ chuyển
động của khơng khí ln biến đổi theo cả chiều đứng và chiều ngang làm xáo
trộn tầng khí quyển và dẫn đến xáo trộn sự phát tán, pha loãng khí thải trong khí
quyển. Đây là yếu tố quan trọng nhất làm cho khí quyển khơng ổn định, ln
ln biến đổi. Thông thường nếu trong cùng một điều kiện như nhau, nếu tốc độ
13


gió càng lớn thì khả năng phát tán và pha lỗng khí thải càng cao
- Độ ổn định của khí quyển [10,11]
Thời gian trong ngày, bức xạ mặt trời trong vùng phát thải, mức độ che phủ
của mây và cường độ gió đóng vai trị quan trọng trong sự phát tán chất ơ nhiễm
trong mơi trường khơng khí và vì những lý do đó nên kích thước các vùng nguy
hiểm cũng phụ thuộc vào các yếu tố này. Các nhà khí tượng đưa ra sự phân loại
6 mức độ ổn định ký hiệu là các mức A, B, C, D, E và F và được thể hiện cụ thể
tại Bảng 1.1
Bảng 1.1. Các cấp ổn định của khí quyển
Tốc độ gió ở độ

cao 10 mét (m/s)

Mạnh

Trung bình

Nhiều mây

Ít mây

> cấp 4/8

≤ cấp 3/8

Yếu

<2

A

A-B

B

E

F

2–3

A-B

B

C

E

F

3–5

B

B-C

C

D

E

5–6

C

C-D

D

D

D

>6

D

D

D

D

D

Với:

A : Là cấp rất không ổn định

D

: Là cấp trung tính

B : Là cấp khơng ổn định điển hình

E

: Là cấp ổn định nhẹ

C : Là cấp không ổn định nhẹ

F

: Là cấp ổn định

 Yếu tố về địa hình
Ảnh hưởng của các yếu tố địa hình khơng kém phần quan trọng đối với q
rình phát tán chất ơ nhiễm trong khí quyển. Đó là ảnh hưởng của các cơng trình,
nhà cửa, cây cối hoặc đồi, núi xung quanh nguồn thải đang xét. Sự ảnh hưởng
này không những chỉ đối với chiều cao mà ngay cả với chiều rộng của các cơng
trình, nhà cửa cũng ảnh hưởng khơng kém phần quan trọng. Vì vậy, khi xem xét
khả năng phát tán chất ô nhiễm ở các vùng này cần phải xem xét vị thế thực tế

14