Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ vùng Tây Nam Bộ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính 1: TS. Đào Thành Dương

Cán bộ hướng dẫn chính 2: TS. Phạm Thị Mai Thảo

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Thị Hà

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lương Quang Huy

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 4 tháng 9 năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là một phần trong đề tài: “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí nhà kính từ hoạt động đốt hở các phụ phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ) vùng Tây Nam Bộ do TS. Phạm Thị Mai Thảo làm chủ nhiệm đề tài. Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là công sức của cá nhân tôi, hoàn toàn trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình này.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hồ Hương Thảo

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Đoàn Thành Dương và TS. Phạm Thị Mai Thảo là người trực tiếp hướng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ và định hướng giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo Phạm Hồng Phương, cô giáo Trịnh Thị Thắm, thầy giáo Lê Văn Sơn, thầy giáo Nguyễn Thành Trung và các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy, Cô giáo trong Khoa Môi trường thuộc Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Tôi xin ghi nhận và biết ơn sự giúp đỡ quý báu của các Thầy, Cô.

Tôi xin trân trọng cám ơn Lãnh đạo Chính quyền địa phương và bà con nông dân tỉnh An Giang đã nhiệt tình hỗ trợ, hợp tác và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn.

Trong thời gian nghiên cứu và làm luận văn, tôi cũng đã nhận được sự hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ từ phòng thí nghiệm Viện công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi xin trân trọng cám ơn.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới đề tài: “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí nhà kính từ hoạt động đốt hở các phụ phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ) vùng Tây Nam Bộ” Mã số Mã số: TNMT. 2017.05.18 đã hỗ trợ kinh phí để tôi hoàn thành luận văn.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.

Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2018

Học viên cao học

Hồ Hương Thảo

rạ ở Việt Nam ..........................................................................6

1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 8

1.2.1. Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt sinh khối trên thế giới...............................................................................................................................9

1.2.2. Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt sinh khố

2.3.2. Phương pháp xác định nồng độ các chất ô nhiễm ngoài hiện trường 30

2.3.3. Phương pháp xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm....37

2.3.4. Phương pháp phân tích độ ẩm và hàm lượng cacbon.....................................41

2.3.5. Phương pháp xác định hệ số phát thải 44

2.3.6. Phương pháp so sánh.......................................................................................47

2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu và viết báo cáo .....................................................47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

3.1. Đặc điểm môi trường không khí xung quanh tại các cánh đồng trước khi có hoạt động đốt.............................................................................................................48

3.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm MTKK từ hoạt động đốt rơm rạ ngoài hiện trường 49

3.2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm MTKK..................................................................49

3.2.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm ngoài hiện trường.......................................61

3.3. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm MTKK từ hoạt động đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm..................................................................................................................68

3.3.1. Nồng độ các chất ô nhiễm MTKK..................................................................68

3.3.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm 80

3.4. So sánh nồng phát thải trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường..............85

3.4.1. Nồng độ môi trường không khí trước khi có hoạt động đốt...........................85

3.4.2. Nồng độ phát thải trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. 87

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rơm rạ …………………………………... 3

Bảng 1.2. Thành phần và các hỗn hợp chủ yếu của tro trong rơm lúa nước, vỏ trấu và rơm lúa mì ………………………………………………………… 3

Bảng 1.3. Lượng rơm rạ phát sinh theo từng khu vực ……………………….. 6

Bảng 1.4. Hệ số phát thải EF (lb/ton) từ hoạt động đốt phế phẩm nông nghiệp ………………………………………………………………………... 8

Bảng 1.5. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm tại Ấn Độ ………………..…. 9

Bảng 1.6. Hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ lúa mì …………………… 11

Bảng 1.7. Hệ số phát thải EF (g/kg) của các chất khí gây ÔNMT từ hoạt động đốt thực vật …………………………………………………………….. 13

Bảng 1.8. Hệ số phát sinh các chất ô nhiễm khi đốt rơm lúa gạo, lúa mì và ngô 14

Bảng 1.9. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm trong nghiên cứu của Butchaiah Gadde …………………………………………………………….. 13

Bảng 1.10. Hệ số phát thải một số chất ô nhiễm môi trường không khí ……. 14

Bảng 1.11. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ nghiên cứu của Daniela... 16

Bảng 1.12. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ nghiên cứu của Muhammad Irfan …………………………………………………………….. 17

Bảng 1.13. Hệ số phát thải của PM, CO, CO2, SO2 từ các nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu sinh khối …………………………………………………. 19

Bảng 1.14. Cấu tạo thiết bị đo nhanh Testo350 XL 21

Bảng 2.1 Tọa độ địa điểm lấy mẫu ………………………………………….. 29

Bảng 2.2. Các thông tin về quá trình đốt ……………………………………. 30

Bảng 2.3. Thông tin về điều kiện khí tượng và các chất khí ô nhiễm ………. 36

Bảng 2.4. Khối lượng rơm đốt trong phòng thí nghiệm …………………….. 41

Bảng 3.1. Đặc điểm không khí xung quanh ngoài đồng ruộng ……………… 48

Bảng 3.2. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 1 …………………………………. 49

Bảng 3.3. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 2 …………………………………. 49

Bảng 3.4. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 3 …………………………………. 49

Bảng 3.5. Quy đổi nồng độ CO2 trung bình tại 3 vị trí ……………………… 50

Bảng 3.6. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 1 …………………………………… 52

Bảng 3.7. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 2 …………………………………… 52

Bảng 3.8. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 3 …………………………………… 52

Bảng 3.9 Quy đổi nồng độ CO trung bình tại 3 vị trí ……………………… 53

Bảng 3.10. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 1 ………………………………… 55

Bảng 3.11. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 2 ………………………………… 55

Bảng 3.12. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 3 ………………………………… 55

Bảng 3.13. Quy đổi nồng độ SO2 trung bình tại 3 vị trí …………………….. 56

Bảng 3.14. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 1 ………………………………... 57

Bảng 3.15. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 2 ………………………………... 58

Bảng 3.16. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 3 ………………………………... 58

Bảng 3.17. Quy đổi nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí ……………………. 58

Bảng 3.18. Nồng độ phát thải ngoài hiện trường ……………………………. 61

Bảng 3.19. Hiệu suất cháy MCE của rơm rạ tại vị trí quan trắc ……………... 62

Bảng 3.20. Hàm lượng cacbon trong rơm rạ và tro ………………………….. 62

Bảng 3.21. Lượng C bị đốt cháy (gC/kg) ……………………………………. 63

Bảng 3.22. Hệ số phát thải của CO2 (g/kg) ………………………………….. 63

Bảng 3.23. Tỷ lệ phát thải của chất X đối với CO …………………………… 64

Bảng 3.24. Tỷ lệ phát thải của chất X đối với CO2 …………………………. 65

Bảng 3.25. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm ngoài hiện trường …………….. 67

Bảng 3.26. So sánh hệ số phát thải các chất ô nhiễm với các nghiên cứu khác 68

Bảng 3.27. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT1 ………………………………… 69

Bảng 3.28. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT2 ………………………………… 69

Bảng 3.29. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT3 ………………………………… 69

Bảng 3.30. Quy đổi nồng độ CO2 trung bình của 3 mẫu ……………………. 70

Bảng 3.31. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT1 ………………………………….. 71

Bảng 3.32. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT2 ………………………………….. 71

Bảng 3.33. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT3 ………………………………….. 71

Bảng 3.34. Quy đổi nồng độ CO trung bình của 3 mẫu ……………………... 72

Bảng 3.35. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT1 …………………………………. 73

Bảng 3.36. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT2 …………………………………. 74

Bảng 3.37. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT3 …………………………….…… 74

Bảng 3.38. Quy đổi nồng độ SO2 trung bình của 3 mẫu …………………….. 74

Bảng 3.39. Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT1 ………………………………… 76

Bảng 3.40. Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT2 ………………………………… 76

Bảng 3.41 Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT3 ………………………………… 76

Bảng 3.42. Quy đổi nồng độ NO2 trung bình của 3 mẫu ……………………. 77

Bảng 3.43. Nồng độ phát thải trong phòng thí nghiệm ……………………… 79

Bảng 3.44. Các thông số cho tính toán HSPT khí CO2 ……………………… 81

Bảng 3.45. Các thông số cho tính toán HSPT khí CO ……………………….. 81

Bảng 3.46. Các thông số cho tính toán HSPT khí SO2 ……………………… 82

Bảng 3.47. Các thông số cho tính toán HSPT khí NO2 ……………………... 82

Bảng 3.48. Các thông số cho tính toán HSPT bụi TSP ……………………… 83

Bảng 3.49. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm (g/kg) 83

Bảng 3.50. So sánh hệ số phát thải các chất ô nhiễm với các nghiên cứu khác 84

Bảng 3.51. Đặc điểm yếu tố vi khí hậu trước khi có hoạt động đốt …………. 85

Bảng 3.52. Nồng độ các chất ô nhiễm trước khi có hoạt động đốt …………. 86

Bảng 3.53. Nồng độ phát thải NHT và PTN ………………………………… 87

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Gốc rạ 3

Hình 1.2. Rơm ……………………………………………………………….. 3

Hình 1.3. Sơ đồ tháp đốt ……………………………………………………... 10 Hình 1.4. Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm: (a) bếp lò, (b) khoang chứa khí và các thiết bị liên quan …………………………………………………………. 12 Hình 1.5. (a) Bản vẽ minh họa buồng đốt; (b) Bên trong buồng đốt; (c) soil đặt trong khay đốt; (d) mía được đặt trong khay đốt 15

Hình 1.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: (a) sơ đồ mạch, (b) tháp đốt thực tế 17 Hình 1.7. Sơ đồ tiến hành thí nghiệm ………………………………………... 19 Hình 1.8. Thiết bị đo nhanh Testo 350 XL ………………………………….. 21 Hình 1.9. Thiết bị đo bụi Sibata GT 331 …………………………………….. 23 Hình 1.10. Bản đồ vùng đồng bằng sông Cửu Long ………………………… 24 Hình 1.11. Bản đồ tỉnh An Giang …………………………………………… 27 Hình 2.1. Địa điểm lấy mẫu tại cánh đồng Ấp An Hòa Châu Thành 30 Hình 2.2. Địa điểm lấy mẫu tại cánh đồng Ấp An Bình Thoại Sơn 31 Hình 2.3. Địa điểm lấy mẫu tại cánh đồng Ấp An Tức Tri Tôn 31 Hình 2.4. Thông số đầu vào mô hình Noaa ………………………………….. 32 Hình 2.5. Hướng gió ngày 25/3/2018 tại VT1 theo mô hình NOAA ………... 33 Hình 2.6. Hướng gió ngày 25/3/2018 tại VT2 theo mô hình NOAA ……...… 33 Hình 2.7. Hướng gió ngày 27/3/2018 tại VT3 theo mô hình NOAA ………... 34 Hình 2.8. Thu mẫu ngoài hiện trường đem về phòng thí nghiệm …………… 35 Hình 2.9. Đóng gói và bảo quản mẫu ……………………………………….. 35 Hình 2.10 Lắp đặt thiết bị đo và đo nhanh mẫu nền ………………………... 35 Hình 2.11. Đốt hở rơm rạ ngoài cánh đồng 38 Hình 2.12. Sơ đồ mô tả quá trình xử lý mẫu ………………………………… 39 Hình 2.13. Xử lý mẫu trước khi tiến hành thí nghiệm ………………………. 39 Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống lò đốt ……………………………………………. 40 Hình 2.15. Mô hình lò đốt thực tế …………………………………………… 40 Hình 2.16. Đốt rơm trong lò …………………………………………………. 41 Hình 2.17. Đo nhanh khí thải từ lò …………………………………………... 41 Hình 3.1. Nồng độ CO2 ngoài hiện trường ………………………………….. 51

Hình 3.2. Nồng độ khí CO ngoài hiện trường ……………………………… 54 Hình 3.3. Nồng độ khí SO2 ngoài hiện trường ………… 57 Hình 3.4. Nồng độ khí NO2 ngoài hiện trường ……………………………… 59 Hình 3.5. Nồng độ khí TSP ngoài hiện trường ……………………………… 60 Hình 3.6. Nồng độ CO2 trong phòng thí nghiệm ……………………………. 70 Hình 3.7. Nồng độ CO trong phòng thí nghiệm ……………………………... 73 Hình 3.8. Nồng độ SO2 trong phòng thí nghiệm …………………………….. 75 Hình 3.9. Nồng độ NO2 trong phòng thí nghiệm ……………………………. 78 Hình 3.9. Nồng độ bụi TSP trong phòng thí nghiệm ………………………… 79

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL : Đồng bằng sông Cửu Long

EF : Hệ số phát thải

GDP : Tốc độ tăng trưởng kinh tế

GHG : Khí nhà kính

HSPT : Hệ số phát thải

KH&CN : Khoa học và công nghệ

MTKK : Môi trường không khí

NHT : Ngoài hiện trường

IIP : Chỉ số sản xuất công nghiệp

IPCC : Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu

PTN : Phòng thí nghiệm

UBND : Ủy ban nhân dân

US.EPA : Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ

WHO : Tổ chức Y tế Thế giới

Ở ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Việt Nam là quốc gia có sản lượng xuất khẩu gạo lớn trên thế giới, trong đó đồng bằng Tây Nam Bộ đóng vai trò sản xuất quan trọng. Với khoảng 4,3 triẹu ha lúa (chiếm khoảng 55% diẹn tích trồng lúa ở Viẹt Nam), vùng Tây Nam Bọ cung cấp khoảng 25,9 triẹu tấn lúa nam 2015 và khoảng 39,5 triẹu tấn nam 2020 [1], đáp ứng nhu cầu luong thực của 130 triẹu dân vào nam 2050. Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo đã tạo ra luợng rom rạ lớn (26,2 triệu tấn/năm) [2]. Rơm rạ thường được người dân mang về nhà đánh đống để đun nấu, làm thức an cho gia súc, lợp nhà, lót chuồng, làm phân bón... [3]. Phương pháp xử lý phổ biến là đốt trực tiếp trên đồng ruộng, chiếm đến 98% [2]. Việc đốt rơm rạ sẽ phát sinh ra khói, bụi không chỉi gây tác động đến môi trường không khí mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh, lượng khí thải phát sinh cũng góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng tại vùng Tây Nam Bộ, tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức độ xác định tải lượng ô nhiễm từ hoạt động này. Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ vùng Tây Nam Bộ” được thực hiện nhằm xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm môi trường không khí từ việc thải bỏ rơm rạ. Phạm vi vùng Tây Nam Bộ bao gồm 13 tỉnh, thành phố, đặc điểm thời tiết khí hậu có sự tương đồng và do hạn chế về thời gian nên nghiên cứu này chỉ lựa chọn An Giang là tỉnh đại diện để tiến hành nghiên cứu và đánh giá. Đề tài này là nội dung số 2 trong đề tài: “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí nhà kính từ hoạt động đốt hở các phụ phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ) vùng Tây Nam Bộ. Sơ đồ nghiên cứu tổng thể của cả đề tài được thể hiện trong hình dưới đây:

(2): Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng vùng Tây Nam Bộ

ấu cho các mục đích khác nhau tại các tỉnh/thành phố vùng Tây Nam Bộ phục vụ kiểm kê khí nhà kính

(4): Điều tra, khảo sát về lượng phát sinh theo mùa và phương thức sử dụng rơm rạ cho các mục đích khác nhau tại các tỉnh/thành phố vùng Tây Nam Bộ phục vụ kiểm kê khí nhà kính (5): Kiểm kê lượng khí thải phát sinh từ việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng và đốt trấu tại các nhà máy xay xát vào các mùa vụ khác nhau tại 13 tỉnh thành vùng đồng bằng sông Cửu Long

(6): Đánh tác động ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động đốt trấu xung quanh khu vực thải của nhà máy xay xát

(7): Đánh tác động ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí (TSP, CO2, CO, NO2, SO2…) do hoạt động đốt hở rơm rạ trên đồng ruộng tại tỉnh An Giang.

3. Nội dung nghiên cứu

3.1. Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí từ hoạt động đốt rơm ngoài hiện trường

- Chọn 3 vị trí có hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng.

Xác định các điều kiện khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió)

Đo nhanh các thông số ô nhiễm (TSP, CO2, CO, NO2, SO2) của mẫu khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng.

Xử lý số liệu, tính toán hệ số phát thải từ các kết quả đo được.

3.2. Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí từ hoạt động đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm

Lấy 3 mẫu rơm rạ (cùng thời điểm thu mẫu khí ô nhiễm ngoài hiện trường) trên đồng ruộng.

Xử lý mẫu rơm rạ gồm tách cân trọng lượng tươi, xác định ẩm độ và thiết lập điều kiện đốt trong phòng thí nghiệm tương tự ngoài hiện trường để thu khí ô nhiễm.

Đo nhanh các thông số ô nhiễm (TSP, CO2, CO, NO2, SO2) từ hoạt động đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm. Xác định hàm lượng bụi TSP thu được từ giấy lọc bụi trong thiết bị đo.

Xử lý số liệu, tính toán hệ số phát thải từ các kết quả đo được.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về rơm rạ

1.1.1. Nguồn gốc của rơm rạ Rơm rạ là phụ phẩm từ hoạt động sản xuất lúa gạo, trong đó rơm là phần thân của cây lúa đã được phơi khô sau khi thu hoạch, còn rạ là phần là gốc cây lúa còn lại sau khi gặt và cắt phần thân Sau khi thu hoạch lúa, rơm rạ được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, dùng để lót chuồng trại, lợp nhà, đốt tạo ra tro để bón ruộng,..

Hình 1.1. Gốc rạ

Hình 1.2. Rơm Gốc rạ và rơm có chứa nhiều cellulose, lignin, hemicellulose, các hợp chất

Bảng 1.2. Thành phần và các hỗn hợp chủ yếu của tro trong rơm lúa nước, vỏ trấu và rơm lúa mì [6]

Rơm lúa nước Vỏ trấu Rơm lúa mì

% nhiên liệu khô

Cacbon liên kết 15,86 16,22 17,71

Chất bay hơi 65,47 63,52 75,27

Tro 18,67 20,26 7,02

Tổng 100,00 100,00 100,00

Thành phần hỗn hợp của tro (%)

SiO2 74,67 91,42 55,32

CaO 3,01 3,21 6,14 MgO 1,75 <0,01 1,06 Na2O 0,96 0,21 1,71 K2O 12,30 3,71 25,60

1.1.2. Hiện trạng sử dụng rơm rạ trên Thế giới

(1). Mỹ

Bang California là nơi sản xuất lúa gạo lớn của nước Mỹ, hàng năm khu vực này sinh ra trên 1 triệu tấn rơm [6]. Sau khi thu hoạch, rơm rạ thường được đốt ngoài đồng sau đó được cày trộn với đất trồng. Tuy nhiên, đến năm 1997, mới chỉ có 13.500 tấn rơm được sử dụng ở bên ngoài, khoảng 98% rơm không đốt tiếp tục được cày trở lại đất. Đến năm 2000 cũng chỉ có khoảng 2% rơm rạ được sử dụng thương mại.

Những giải pháp sử dụng rơm rạ được nghiên cứu bao gồm làm thức ăn cho gia súc, làm ván sợi ép, sản xuất năng lượng, chuyển hóa thành si rô đường và protein men, và làm bột giấy để làm giấy và các sản phẩm công nghiệp khác. (2). Trung Quốc

Tại miền Trung và Nam Trung Quốc, hằng năm có 230 triệu tấn rơm lúa được sản sinh ra. Rơm thường được coi là các sản phẩm dư thừa hoặc sản phẩm phụ của việc thu hoạch mùa vụ. Mặc dù đã có một số phương pháp để tái sử dụng rơm rạ, một lượng lớn vẫn chưa được sử dụng, gây ra nhiều vấn đề về môi trường và an https://maudon.edu.vn/

toàn, ví dụ như ô nhiễm và cháy nổ. Mặt khác, rơm rạ là vật liệu hữu cơ và có thể được sử dụng để sản xuất biogas thông qua phân hủy kị khí, vì vậy mang lại một cách mới để tận dụng rơm rạ và giảm thiểu ô nhiễm.

(3). Nhật Bản

Tại Nhật Bản, rơm lúa hiện được sử dụng và tiêu hủy theo các cách sau: để cày xới lại vào đất trên đồng 61,5%, làm thức ăn cho động vật 11,6%, làm phân xanh 10,1%, lợp mái cho chuồng nuôi gia súc 6,5%, vật liệu che phủ trên ruộng 4%, đồ thủ công từ rơm 1,3%, các loại khác 0,3%, đốt cháy 4,6%. Chỉ có 4,6%, tỷ lệ tiêu hủy thông qua đốt cháy hiện tại, là có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng. Cách chính để phân hủy rơm rạ hiện tại ở Nhật vẫn là bón lại cho đồng. Hiện tại, 60% rơm rạ được sản xuất ra theo cách cắt khúc tự động bằng các máy gặt liên hợp, được trải lên ruộng và sau đó được cày lẫn vào với đất.

(4). Thái Lan

Tại Thái Lan, hàng năm có từ 8 14 triệu tấn chất thải rơm rạ được đốt ngoài đồng sau khi thu hoạch lúa, gây ô nhiễm môi trường. Việc đầu tư cho các phương pháp tận dụng rơm rạ tỏ ra tốn kém và hiệu quả không cao nên phương pháp phổ biến nhất là đốt ngay tại đồng ruộng để chuẩn bị cho canh tác vụ sau. Việc đốt rơm rạ lộ thiên phổ biến nhất ở các vùng thuộc miền Trung nước này. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, nếu được quản lý tốt rơm rạ này có thể là nguồn cung cấp năng lượng đáng kể.

Hiện nay tại Thái Lan việc sử dụng rơm rạ mang tính thương mại để sản xuất năng lượng vẫn chưa phát triển. Do thiếu các biện pháp khuyến khích, hỗ trợ, nên người nông dân chưa thấy được lợi ích của việc thu gom và sử dụng rơm rạ trong công nghiệp. Thái Lan cũng đang nghiên cứu các công nghệ sử dụng phụ phẩm nông nghiệp để tạo ra điện năng và dùng trong đốt nóng nồi hơi công nghiệp, các nước đi đầu ở châu Âu trong lĩnh vực này mà Thái Lan tham khảo là Đan Mạch và Anh.

1.1.3. Hiện trạng rơm rạ ở Việt Nam

1.1.3.1. Hiện trạng phát sinh rơm rạ Rơm rạ tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Tại những vùng này thì rơm rạ được sử dụng chủ yếu để lót chuồng cho trâu, bò, một số ít được dùng trồng nấm, phần lớn còn lại bỏ ngoài

đồng,.. Theo số liệu thống kê thì năm 2016 Việt Nam có khoảng 7,7 triệu ha đất trồng lúa, sản lượng năm 2016 là 43,6 triệu tấn lúa [7]. Theo nghiên cứu thì 1 tấn thóc sẽ tạo ra 1.35 tấn rơm rạ. Điều này có nghĩa là hàng năm nước ta thải ra khoảng 59 triệu tấn rơm rạ.

Bảng 1.3. Lượng rơm rạ phát sinh theo từng khu vực [7]

Khu vực Diện tích lúa (nghìn ha) Sản lượng lúa (nghìn tấn)

Lượng rơm rạ phát sinh (nghìn tấn)

Đồng bằng Sông Hồng 1.094 6.579 8.882 Bắc trung bộ và Duyên hải miền Trung 1.215 6.879 9.287

Đồng bằng sông Cửu Long 4.285 24.227 32.706

Cả nước 7.790 43.610 58.873

Theo kết quả thống kê từ bảng 1.3, lượng rơm rạ phát sinh tại vùng đồng bằng sông Cửu Long nhiều nhất trong cả nước (32.706 nghìn tấn). Sau khi thu hoạch lúa xong, đa số lượng rơm rạ này sẽ được đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ không những gây ô nhiễm môi trường mà còn lãng phí một lượng rất lớn chất dinh dưỡng mà đất rất cần. Các nhà khoa học khuyến cáo người nông dân nên vùi rơm rạ vào đất bằng biện pháp cày, xới để bổ sung dưỡng chất cho đất. 1.1.3.2. Hiện trạng sử dụng và thải bỏ rơm rạ

 Sử dụng rơm rạ trồng nấm Nhằm mục đích tái sử dụng lại rơm rạ, tạo thêm thu nhập cho gia đình người dân đã tận dụng lại rơm rạ để trồng nấm. Ban đầu chỉ là trồng theo kiểu nhỏ lẻ, manh mún, nên chỉ đủ cung cấp cho gia đình để bổ sung thêm nguồn thực phẩm mới. Tuy nhiên với khối lượng rơm lớn từ những cánh đồng thì nếu trồng theo kiểu nhỏ lẻ sẽ không thể nào giải quyết được vấn đề rác thải nông nghiệp này. Thấy được điều này nên chính quyền các địa phương đã hướng dẫn người dân trồng theo quy trình kỹ thuật để nâng cao chất lượng và sản lượng nấm. Cũng nhờ chất lượng và sản lượng gia tăng, mang lại nguồn thu lớn nên người nông dân tiếp tục nhân rộng mô hình,

mở rộng quy mô sản xuất. Và kết quả là năm 2016 sản lượng nấm tính riêng ở ĐBSCL đã lên tới 30 ngàn tấn. tính trung bình 1kg rơm sẽ cho ra được 0,15kg nấm [7], với cách tính này thì một năm ĐBSCL sẽ sử dụng hết 200.000 tấn rơm. Không chỉ giải quyết được vấn đề tồn đọng rơm mà còn mang về thu nhập khá lớn cho người nông dân.

 Sử dụng rơm rạ làm phân hữu cơ

Lê Văn Tri (2012) đã tiến hành nghiên cứu về các chế phẩm vi sinh (Fito Biomix RR) để xử lý rơm rạ [8] Quy trình biến rơm rạ thành phân bón hữu cơ được thực hiện thông qua các bước, rơm rạ tươi sau thu hoạch được chất đống với chiều rộng 2m, cứ mỗi lớp 30cm tưới một lượt dung dịch chế phẩm Fito Biomix RR, bổ sung thêm NPK và phân chuồng nếu có. Sau đó, tiến hành ủ rơm rạ bằng cách sử dụng nilon, bạt, tải rách, bùn che đậy kín đảm bảo nhiệt độ ủ từ 45 500C. Sau 10 đến 15 ngày tiến hành ngày kiểm tra và đảo trộn. Điều này làm cho rơm rạ vụn thêm do tác động cơ học, đảm bảo độ ẩm cũng như nhiệt độ của đống ủ luôn trong mức tối ưu, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy rơm rạ diễn ra nhanh chóng và triệt để. Trong quá trình ủ phát hiện chỗ nào chưa đảm bảo độ ẩm thì tưới bổ sung thêm để cho nguyên liệu hoại hoàn toàn. Sau 25 đến 30 ngày rơm rạ phân hủy tốt thành phân ủ hữu cơ.

 Sử dụng rơm rạ sản xuất dầu sinh học

Viện Dầu khí Việt Nam và Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu việc sản xuất dầu sinh học từ rơm rạ [9]. So với tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu sinh học lỏng nhiệt phân loại G dùng cho lò đốt công nghiệp tại Mỹ ban hành năm 2012, dầu sinh học đi từ rơm rạ theo phương pháp nhiệt phân nhanh này đáp ứng tiêu chuẩn. Với hiệu suất thu hồi lỏng dầu sinh học, nguồn nguyên liệu rơm rạ từ sản xuất nông nghiệp của Việt Nam có thể sản xuất được 31 triệu tấn bio oil/năm phục vụ làm nhiên liệu thay thế cũng như có thể nâng cấp để sản xuất xăng, dầu diezel trong tương lai gần.

1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

Hệ số phát thải (Emmision Factor, EF) là một đại lượng thể hiện mối liên hệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải từ một nguồn với các hoạt động phát thải ra các chất đó và thường được thể hiện dưới dạng khối lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lượng, thể tích, quãng đường hoặc thời gian của hoạt động phát thải ra nó [25].

EF là một công cụ rất hiệu quả để ước tính mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí. Vì vậy, EF đã và đang được sử dụng rộng rãi để phục vụ công tác kiểm kê phát thải ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, có nhiều cơ sở dữ liệu mở về

EF có thể tiếp cận để sử dụng như US.EPA (AP 42) , WHO [26, 27]. Tuy nhiên, EF phụ thuộc rất nhiều yếu tố như trình độ công nghệ, điều kiện môi trường, loại và thiết kế của nguồn (thải), hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí, tuổi và điều kiện vận hành của thiết bị, nguyên/nhiên liệu sử dụng... Vì vậy, việc sử dụng EF của nước khác (ví dụ như Mỹ, AP 42) vào nước ta để thực hiện kiểm kê phát thải có thể gây ra sai số lớn do sự khác nhau về trình độ khoa học công nghệ, nguyên nhiên liệu sử dụng...

1.2.1. Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt sinh khối trên thế giới (1) Tại Mỹ

Năm 2001, Ann Dennis và cộng sự nghiên cứu về hệ số phát thải của các chất khí gây ô nhiễm môi trường liên quan đến rừng, đồng cỏ và đốt sinh khối trong nông nghiệp ở Texas [14].

+ Phương pháp tính toán: Hệ số phát thải được tính toán bằng công thức sau: Lượng phát thải (lb.) = Hệ số phát thải (lb./ton)

× Lượng sinh khối đốt (ton/acre)

× Diện tích đốt (acre)

+ Kết quả của nghiên cứu được tổng hợp trong bảng dưới đây Bảng 1.4. Hệ số phát thải EF (lb/ton) từ hoạt động đốt phế phẩm nông nghiệp [14]

Thông số ô nhiễm Ngô Cỏ (thức ăn cho gia súc)

Lúa mì

CO 80.3 204.3 76.4

NOx 3.7 5.1 5.8 NH3 1.6 6.7 2.1 CH4 3.4 6.3 0.9 NMHC 9.7 32.7 4.8

PM 9.6 17.6 9.0 PM10 9.4 17.4 8.8 PM2.5 9.1 16.9 8.3 (2) Tại Ấn Độ

Năm 2006, Shivraj Sahai và nhóm cộng sự của mình đã thực hiện một bài nghiên cứu về hệ số phát thải của các chất khí có chứa cacbon từ hoạt động đốt hở rơm lúa mì ngoài đồng ruộng tại Ấn Độ [15]. + Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Kế hoạch thực hiện thí nghiệm được mô tả rõ ràng, thể hiện điều kiện môi trường tại địa phương trong giai đoạn đốt nương rẫy. Thí nghiệm kéo dài trong bốn ngày từ ngày 09/05/2003 đến ngày 12/05/2003. Tiến hành đốt rơm rạ từ 16 giờ đến 17 giờ ngày 11/05/2003. Thí nghiệm được thiết kế và bố trí để thu thập các mẫu dưới đáy của đám cháy. Các cổng lấy mẫu cho các máy phân tích khí trực tuyến được đặt ở độ sâu 3 4 m so với nhiệt độ trường của ngọn lửa ở độ cao 3 m. Mẫu lấy mẫu khí độc (RDS) và mẫu lấy mẫu có lưu lượng cao (HVS) nằm ở phía dưới của ngọn lửa ở những nơi khác nhau. + Kết quả nghiên cứu: Hệ số phát thải EF (g/Kg) của nghiên cứu được tổng hợp trong bảng dưới đây: Bảng 1.5. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm tại Ấn Độ (g/kg) [15]

Loại CH4 CO2 CO N2O NOx NO NO2 Rơm rạ lúa gạo 5.32 ± 3.08 82 ± 20 0.48 ± 0.45 Rơm rạ lúa mì 3.55 ± 2.66 1787 ± 35 28 ± 20 0.74 ± 0.46 1.70 ± 1.68 0.78 ± 0.71 0.56 ± 0.47 (3) Tại Trung Quốc - Năm 2007, CAO Guoliang và cộng sự thực hiện nghiên cứu các yếu tố phát thải gây ô nhiễm môi trường không khí từ hoạt động đốt thực vật [11]. + Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Tiến hành thiết kế và lắp đặt trong phòng thí nghiệm mô hình mô phỏng việc đốt phế phẩm nông nghiệp ngoài đồng ruộng của nông dân vùng nông thôn Trung

����

Quốc. Tháp được thiết kế ở dạng phễu ngược với đáy hình trụ, đường kính 1,2 m và cao 0,4 m. Từ đỉnh của xilanh, tháp giảm xuống còn 0,2 m ở chiều dài 1,0 m, Trên đỉnh có một ngăn xếp với chiều cao 1,2 m. Có một tấm đốt (0.4 m × 0.4 m) dưới dạng lưới, được làm bằng thép thanh với mỗi góc có chiều cao 0,1 m. Có một máy cảm biến đi kèm để ghi lại nhiệt độ, một ống Pitot để đo vận tốc khí. Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định hệ số phát thải như: độ ẩm của rơm, nhiệt độ đốt, điều kiện môi trường xung quanh. Do đó, hệ thống đã được tối ưu hóa để giảm thiều các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt, đảm bảo nhiệt độ đốt không bị giảm khi qua phễu. Hình 1.3. Sơ đồ tháp đốt + Phương pháp tính toán: Đối với các chất khí được tính toán dựa trên công thức dưới đây, công thức này tương tự như nghiên cứu của Jenkins et al. (1996): ���� = 10 3 ������ ∫ ���������� ���� 22.4 ����

0 Trong đó: Ei : Hệ số phát thải của chất i; mfd: khối lượng dư lượng cây trồng tiêu hao trong mỗi lần kiểm tra; t0: Thời gian bắt đầu; tf: Thời gian kết thúc; As: Vùng xếp ngăn (0.03 m2); u: Vận tốc khí trung bình; Ci: Nồng độ của chất i; Wi : Khối lượng phân tử của chất i.

Đối với PM được tính toán dựa theo công thức sau :

Trong đó : Ei,j : Hệ số phát thải của PM; mi,j : Khối lượng của PM; vo : Lưu lượng làm việc của bơm không khí; µ :thành phần khối lượng chính của cái dung dịch phun xịt trong PM; Ti : Nhiệt độ khí quyển; Ts : Nhiệt độ khí nén + Kết quả của mô hình thí nghiệm trên được tổng hợp trong bảng dưới đây: Bảng 1.7. Hệ số phát thải EF (g/kg) của các chất khí gây ÔNMT từ hoạt động đốt thực vật [11]

Thông số Rơm lúa mì Rơm lúa gạo Thân cây ngô

PM 8.75 ± 4.18 6.28 ±1 .59 5.31 ± 1.79

SO2 0.04 ± 0.04 0.18 ± 0.31 0.04 ± 0.04

NO 1.93 ± 0.90 3.09 ± 0.91 3.25 ± 0.72 NO2 0.35 ±0 .11 0.33 ± 0.17 0.34 ± 0.13

NOx 2.28 ± 1.00 3.43 ± 1.08 3.60 ± 0.85 CO 57.78 ± 24.75 67.98 ± 25.58 67.64 ± 13.01 CO2 1377.72 ± 431.12 1674.12 ± 452.26 2327.14 ± 709.57

Năm 2008, Hefeng Zhang và cộng sự đã có một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc đốt chất thải nông nghiệp ở Trung Quốc [12].

Hình 1.4. Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm: (a) bếp lò, (b) khoang chứa khí và các thiết bị liên quan.

+ Phương pháp thực hiện: Hệ thống thử nghiệm bao gồm một lò đốt tự thiết kế và buồng chứa khí môi trường bằng thép không gỉ ở Đại học Fudan (AC FU) có thể tích 4,5 m3 (Hình 1.4). Đường kính lò đốt là 60 cm và chiều cao 80 cm. Không khí được đưa vào lò sưởi thông qua một cổng ở phía dưới. Đầu trên được nối với buồng phun bằng ống thép không rỉ (đường kính 16 mm). + Kết quả của nghiên cứu thu được hệ số phát thải của một số khí khi đốt rơm rạ từ lúa gạo, lúa mì và ngô được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 1.8. Hệ số phát sinh các chất ô nhiễm (g/kg) khi đốt rơm lúa gạo, lúa mì và ngô [12]

Thông số Rơm rạ từ lúa gạo Rơm rạ từ lúa mì Ngô

CO 64.2 ± 4.9 141.2 ± 14.8 114.7 ± 12.4

CO2 791.3 ± 12.5 1557.9 ± 85.8 1261.5 ± 59.9

NO2 0.79 ± 0.05 0.31 ± 0.06 0.43 ± 0.03

NO 1.02 ± 0.03 0.79 ± 0.13 0.85 ± 0.06

NOx 1.81 ± 0.09 1.12 ± 0.19 1.28 ± 0.04

Đối với tất cả các chất ô nhiễm khí được đo trong nghiên cứu trên, hệ số phát thải CO và CO2 theo thứ tự: rơm lúa mì > ngô > rơm lúa gạo, còn hệ số phát thải NOx theo thứ tự: rơm lúa gạo > ngô > rơm rạ từ lúa mì. Sự khác biệt về EFs trong https://maudon.edu.vn/

thực tế là do lúa mì và ngô được sử dụng trong thí nghiệm này được trồng ở miền bắc Trung Quốc trong khi rơm rạ từ lúa gạo được lấy ở phía đông nam Trung Quốc. Các cây trồng ở vùng khác nhau sẽ có hàm lượng C, N khác nhau trong lúa gạo, lúa mì, ngô. Hơn nữa, tính chất vật lý của dư lượng cây trồng, như mật độ và độ ẩm, có thể ảnh hưởng đến điều kiện đốt, điều này có thể ảnh hưởng đến các yếu tố phát thải các chất gây ô nhiễm trong không khí.

(4) Tại Philippin

Năm 2009, Butchaiah Gadde và cộng sự đã có nghiên cứu về các chất gây ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ tại Philippin [16] + Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Phương pháp tiếp cận để định lượng lượng phát thải do đốt rơm rạ trên đồng ruộng được dựa trên hướng dẫn của Uỷ ban liên Chính phủ về Thay đổi Khí hậu (2006), ngoại trừ bước định lượng lượng rơm rạ bị đốt cháy tại hiện trường. Đốt rơm rạ ngoài trời là một quá trình đốt cháy không kiểm soát, trong đó có các loại CO2, oxit nitơ (N2O), CH4, CO, hydrocarbon không phải metan (NMHC), NOx, SOx, bụi hạt (PM) và một vài loại khác bị thải ra môi trường. Trong số đó, các khí nhà kính (GHGs) quan trọng như N2O và CH4 góp phần vào sự nóng lên toàn cầu và sự thay đổi khí hậu. CO2 thải ra từ việc đốt sinh khối được coi là có một hiệu ứng trung tính do sự hấp thụ quang hợp trong quá trình phát triển của cây trồng. + Kết quả nghiên cứu: Hệ số phát thải của một số chất khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng được thống kê trong bảng dưới đây: Bảng

.

phát

ô nhiễm trong nghiên

Gadde

12.95 3.7

(5) Tại Thái Lan

- Năm 2011 Narisara Thongboonchoo và cộng sự đã thực hiện tính toán lượng khí phát thải trong nông nghiệp và đốt sinh khối tại Thái Lan. Dưới đây là kết quả hệ số phát thải chất khí ô nhiễm từ việc đốt sinh khối: Bảng 1.10. Hệ số phát thải một số chất ô nhiễm môi trường không khí [17]

Loại cây trồng

EF (g/Kg) CO CO2 PM2.5 Ngô 68.11 1186 8.72

Rơm rạ 133 1185 28

Bã mía 123.76 1181 20.31

Kết quả của bảng số liệu trên cho thấy hệ số phát thải của PM2.5 khi đốt rơm rạ cao nhất (28 g/Kg). Trong đề tài nghiên cứu này, tác giả mới chỉ để cập tới 3 thông số (CO, CO2, PM2.5) mà chưa tiến hành nghiên cứu và tính toán nhiều hơn các thông số gây ô nhiễm môi trường không khí khác.

(6) Tại Brazil

Năm 2012, Daniela và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt mía trước khi thu hoạch [13].

+ Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Nghiên cứu này được thực hiện trong 2 giai đoạn:  Giai đoạn 1 (Tháng 11 2009): Xác định hệ số phát thải của CO2, CO, NOx và UHC (hydrocabon không cháy). Trong giai đoạn đầu, đã tiến hành 13 thí nghiệm. Trong số này, chín mẫu mía thu được tại Trung tâm Công nghệ Mía đường (CTC), nằm trong khu đô thị của Piracicaba, São Paulo, thuộc vùng đông nam Brazil. Các mẫu này, bao gồm hai giống mía, đã được thu thập trong một thời điểm thời tiết khô và trong các lô khác nhau để sinh khối ở trạng thái lý tưởng cho việc đốt cháy và đã thu được kết quả tốt nhất.

 Giai đoạn 2 (Tháng 09/2010):

Xác định hệ số phát thải của PM2,5. Thực hiện với các mẫu tương tự giai đoạn 1

Hình 1.5. (a) Bản

buồng đốt; (b) Bên trong buồng đốt; (c) soil đặt trong khay đốt; (d) mía được đặt trong khay đốt.

+ Phương pháp tính toán:

UHC

 [X] Tổng nồng độ của khí X (mg/m3) dựa vào phép đo 10 giây/lần

Vtổng Tổng lượng khí mẫu đi qua ống khói trong quá trình thí nghiệm (m3)



m Khối lượng của mẫu (điều kiện khô) đã đốt (kg)

+ Kết quả của nghiên cứu này thu được hệ số phát thải của các chất khí gây ô nhiễm phát sinh trong quá trình đốt mía trước khi thu hoạch như sau:

Bảng 1.11. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm tại Brazil [13]

EF (g/kg) CO2 CO NOx UHC PM2.5 Mía 1.303 ± 218 65 ± 14 1,5 ± 0,4 16 ± 6 2,6 ± 1,6 (7) Tại Pakistan

Năm 2014, Muhammad Irfan và cộng sự có bài nghiên cứu: “Xác định tính chất và ước tính lượng khí của các chất gây ô nhiễm môi trường không khí từ hoạt động đốt sinh khối trong nông nghiệp tại Pakistan” [19]. + Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng được sử dụng trong nghiên cứu này là rơm rạ, vỏ trấu, ngô và bã mía. Tại Pakistan, các chất thải này được đốt trực tiếp ngoài đồng rượng. Mỗi một loại mẫu được lặp lại 3 lần từ các cánh đồng khu vực Faisalabad và Kasur ở Punjab, Pakistan. Rơm rạ và bã mía được thu tập từ Gatwala và ngô được thu thập từ Jarranwala, vùng ngoại ô của Faisalabad, các mẫu trấu đã thu được từ Kasur. Các mẫu được sấy trong điều kiện môi trường ngoài trời vài ngày trước khi bắt đầu thử nghiệm. Khi không khí khô hoàn toàn, mẫu được giữ trong túi kín. + Phương pháp thực hiện: Thí nghiệm này sử dụng một tháp kim loại có các đốt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích bằng cách hút khói qua một ngăn xếp. Tháp bao gồm một hình trụ hình ống ngược có đường kính 1,2 m và chiều cao 1,0 m. Một ống có đường kính bên trong 0,2 m và chiều dài 1,2 m được gắn ở đầu cuối của đáy hình trụ. Trống có độ cao 1,2 m so với mặt đất. Đáy hình trụ được hỗ trợ bằng thanh sắt để đỡ ở chiều cao 0,2 m so với mặt đất. Bàn đốt bằng kim loại 0.4 m.

Hình 1.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: (a) sơ đồ mạch, (b) tháp đốt thực tế + Phương pháp tính toán: Đối với các chất khí được tính toán dựa trên công thức dưới đây, công thức này tương tự như nghiên cứu của Jenkins et al. (1996):

= 10

Trong đó: Ei : Hệ số phát thải của chất i mfd: khối lượng dư lượng cây trồng tiêu hao trong mỗi lần kiểm tra t0: Thời gian bắt đầu tf: Thời gian kết thúc As: Vùng xếp ngăn (0.03 m2) u: Vận tốc khí trung bình Ci: Nồng độ của chất i Wi : Khối lượng phân tử của chất i + Kết quả của nghiên cứu được tổng hợp trong bảng dưới đây: Bảng 1.12. Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ nghiên cứu của Muhammad Irfan [19]

CO CO2 NO2 NO NOx SO2

(g/kg)

Trấu 14.05 ± 0.18 880.48 ± 8.99 0.19 ± 0.01 1.38 ± 0.02 2.31 ± 0.04 0.11 ± 0.03 Rơm rạ 17.19 ± 0.28 1090.07 ± 24 0.89 ± 0.03 1.48 ± 0.04 3.16 ± 0.08 0.38 ± 0.03 Lõi ngô 8.63 ± 0.12 595.44 ± 10.38 0.16 ± 0.01 0.70 ± 0.01 1.23 ± 0.02 0.02 ± 0.00

Bã mía 12.39 ± 0.08 937.03 ± 9.07 0.36 ± 0.03 1.44 ± 0.02 2.57 ± 0.04 0.18 ± 0.02 Kết quả của nghiên cứu này rất quan trọng trong việc xây dựng ngân sách cho khu vực về các chất khí ô nhiễm từ việc đốt phụ phẩm nông nghiệp tại Pakistan. 1.2.2. Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt sinh khối tại Việt Nam Năm 2011, Nghiêm Trung Dũng và Nguyễn Việt Thắng đã tiến hành nghiên cứu hệ số phát thải của một số chất ô nhiễm không khí từ các nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu sinh khối, gồm bạch đàn, xoài (Phúc Yên, tỉnh Vĩnh Phúc) và rơm (Văn Khê, Mê Linh, Hà Nội).

+ Phương pháp thực hiện: Đối với mẫu lấy từ bạch đàn và xoài cần lấy dài từ 25 30 cm và dày từ 2 3 cm. Các mẫu sẽ được tiến hành đốt 07 lần và đốt giống như cách mà người dân thường sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày [21]. Rơm rạ được đốt trong mô hình chụp hút để đảm bảo điều kiện cháy ổn định trong suốt quá trình thí nghiệm. Tiến hành đo các thông số khác nhau liên quan đến nhiên liệu và điều kiện cháy bao gồm độ ẩm và lưu huỳnh của nhiên liệu, nhiệt độ của khí thải (tại điểm ngang), nhiệt độ của ngọn lửa, khối lượng không cháy của nhiên liệu. Việc lấy mẫu/ đo đạc được thực hiện thông qua một lỗ trong ống khói. Các mẫu PM được thu thập theo phương pháp cải tiến EPA 5, trên các bộ lọc sợi thủy tinh bằng cách sử dụng một chồng mẫu của CASELLA (Anh). Vị trí lấy mẫu trên chụp hút có đường kính 11cm.

Hình 1.7. Sơ đồ tiến hành thí nghiệm [21] + Kết quả nghiên cứu của thí nghiệm được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 1.13. Hệ số phát thải của PM, CO, CO2, SO2 từ các nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu sinh khối [21]

Loại sinh khối

Hệ số phát thải PM (mg/kg) CO (g/kg) CO2 (g/kg) SO2 (mg/kg) NO (mg/kg)

Bạch đàn 65 ± 19 70 ± 22 1809 ± 232 265 ± 71 < 17 Xoài 49 ± 10 79 ± 8 1522 ± 277 176 ± 34 < 17

Rơm rạ 101 ± 12 72 ± 12 1465 ± 261 253 ± 45 < 12 Các hệ số phát thải thu được trong nghiên cứu này có thể được sử dụng để ước lượng và kiểm kê tổng lượng phát thải từ nguồn dân sinh góp phần quản lý chất lượng không khí tại Việt Nam.

Năm 2012, Phạm Thị Hữu và Nghiêm Trung Dũng đã nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất gây ô nhiễm từ việc đốt hở rơm rạ.

+ Phương pháp thực hiện: Nghiên cứu được thực hiện vào vụ Xuân Hè (tháng 6 tháng 8 năm 2011) tại xã Ngọc Hồi, huyện Thanh Trì, Hà Nội [22]. Hệ số phát thải được xác định dựa vào phương pháp cân bằng cácbon (carbon balance) và tỉ lệ phát thải (emission ratio).

+ Kết quả nghiên cứu đã xác định được EFPM: EFCO: EFCO2: EFNO: EFSO2 lần lượt là: 2,8g/m2 : 40,49 g/m2: 251,21 g/m2: 0,28 g/m2: 0,08 g/m2 Kết quả cũng chỉ ra các hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng nằm trong cùng dải với các kết quả của các nghiên cứu trước đó

Hoàng Anh Lê và các cộng sự năm 2012 đã thực hiện nghiên cứu ước tính lượng khí phát thải do đốt rơm rạ tại đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Thái Bình. Nhóm tác giả sử dụng phương pháp ước tính lượng khí thải dựa vào hệ số phát thải của Thái Lan và Trung Quốc và sản lượng sinh khối. Kết quả nghiên cứu cho thấy CO2 phát thải lớn nhất 738,8 nghìn tấn/nam chiếm 89,6% tổng luợng phát thải khí; tiếp đến là khí CO phát thải 58,4 nghìn tấn/nam chiếm 7,08% tổng luợng phát thải khí. Phần còn lại (3,35%) là các khí PM2.5, PM10, SO2, NOx, NH3, CH4, NMVOC, EC, OC [1].

Nguyễn Mạu Dũng nam 2012 đã tiến hành nghiên cứu tổng luợng khí thải gồm CO, CO2, CH4 phát sinh từ hoạt đọng đốt rom rạ trên đồng ruọng vùng đồng bằng sông Hồng. Nghiên cứu chỉ dừng lại uớc tính luợng khí phát sinh dựa vào tổng luợng rom rạ phát sinh dựa vào số liẹu thống kê về diẹn tích canh tác lúa và sản luợng hàng nam mà không xem xét đến luợng rom rạ đuợc thu gom và sử dụng cho các mục đích khác nhau của nguời dân địa phuong [23].

Trần Sỹ Nam và các cọng sự nam 2014 đã nghiên cứu uớc tính luợng và các biẹn pháp xử lý rom rạ ở mọt số tỉnh Tây Nam Bọ, thực hiẹn tại 4 tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang và Cần Tho. Nghiên cứu đã đua ra phuong pháp xác định luợng rom rạ phát sinh trên đon vị diẹn tích đất canh tác, tổng luợng khí thải CO2 phát sinh từ hoạt đọng đốt rom rạ trên địa bàn 4 tỉnh. Kết quả nghiên cứu tạp trung vào CO2, CO và NOx mà chưa tính đến hẹ số phát sinh các chất khí ô nhiễm khác đạc biẹt là bụi mịn gây ảnh huởng sức khỏe [24]. Đã có rất nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng của rơm rạ và trấu để giảm thiểu lượng phát sinh loại phế phẩm nông nghiệp này tại Việt Nam. Tuy nhiên, việc kiểm kê phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ, trấu ngoài trời một cách đầy đủ là chưa có. Ngoài ra hiện nay, chưa có nghiên cứu nào thực hiện đặc biệt xác định hệ

số phát sinh chất ô nhiễm từ hoạt động đốt hở rơm rạ và trấu cũng như xem xét các tác động môi trường từ hoạt động này. Vì vậy, đề tài nghiên cứu này là hết sức cần thiết.

1.3. Tổng quan về vùng Tây Nam Bộ

1.3.1. Điều kiện tự nhiên vùng Tây Nam Bộ

Vùng bao gồm các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang với tổng diện tích tự nhiên 39.734 km2 chiếm 12,2 % diện tích tự nhiên của cả nước.

Hình 1.8. Bản đồ vùng đồng bằng sông Cửu Long

Vị trí địa lý: Nằm ở phần cuối của bán đảo Đông Dương, liền kề với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam nên vùng có mối quan hệ hai chiều rất chặt chẽ và quan trọng. Nằm giáp với Campuchia và cùng chung sông Mê Kông là điều kiện giao lưu hợp tác với các nước trên bán đảo. Nằm ở vùng tận cùng Tây Nam của Tổ quốc có bờ biển dài 73,2 km và nhiều đảo, quần đảo như Thổ Chu, Phú Quốc là vùng đặc quyền kinh tế giáp biển Đông và vịnh Thái Lan. Địa hình: Vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển.

Khí hậu: Nền khí hậu nhiệt đới ẩm với tính chất cận xích đạo thể hiện rõ rệt. Nhiệt độ trung bình hàng năm 24 27 0C, biên độ nhiệt trung bình năm 2 30 0C, chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm thấp, ít có bão hoặc nhiễu loạn thời tiết. Có hai mùa rõ rệt, mùa mưa tập trung từ tháng 5 10, lượng mưa chiếm tới 99% tổng lượng mưa của cả năm. Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa.

Tài nguyên nước: Với hệ thống hạ lưu sông Mê Kông ở Việt Nam là hai nhánh sông Tiền và sông Hậu tổng lượng nước sông Cửu Long là 500 tỷ mét khối.. Chế độ thuỷ văn thay đổi theo mùa. Mùa mưa nước sông lớn vào tháng 9, tháng 10, nước sông mang nhiều phù sa bồi đắp cho đồng bằng. Về mùa khô, lượng nước giảm nhiều, làm cho thuỷ triều lấn sâu vào đồng bằng làm vùng đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng. Chế độ nước ngầm khá phức tạp, phần lớn ở độ sâu 100 mét. Nếu khai thác quá nhiều có thể làm nhiễm mặn trong vùng. 1.3.2. Điều kiện kinh tế xã hội

Kinh tế

Tốc độ tăng trưởng kinh tế (GRDP) ước đạt 7,8% (đạt 99,4% kế hoạch). Cơ cấu kinh tế chuyển dịch chậm, nông lâm ngư nghiệp vẫn chiếm tỷ trọng lớn (khu vực I chiếm 33,1%, khu vực II chiếm 25,25%, khu vực III chiếm 41,65%). GRDP bình quân đầu người ước đạt 40,27 triệu đồng/người/năm (tăng 2,2 triệu đồng so với năm 2014).

Với diện tích trồng lúa 4.295 nghìn ha, sản lượng lúa ước đạt 25,69 triệu tấn, tăng khoảng 429 nghìn tấn so cùng kỳ. Tính đến ngày 30/11/2015 đã xuất khẩu được 6,24 triệu tấn gạo, giá trị đạt 2,65 tỷ USD (tăng 3,6% về sản lượng, giảm 4,9% về giá trị so cùng kỳ).

Thống kê của ngành nông nghiệp cho thấy, năng suất lúa toàn vùng năm nay đạt 62,7 tạ/ha, giảm 1,5 tạ/ha so với vụ đông xuân trước và giảm ở hầu hết các tỉnh trong vùng. Nguyên nhân được xác định là do ảnh hưởng của thời tiết, tiến độ gieo trồng lúa hè thu năm nay thấp hơn cùng kỳ do ảnh hưởng tiến độ gieo trồng vụ đông xuân năm ngoái. Các chuyên gia dự báo, vụ hè thu 2017 sẽ gặp khó khăn do tình hình nắng nóng kéo dài và diễn biến thời tiết khá phức tạp.

Tại Kiên Giang, vùng lúa trọng điểm của vùng ĐBSCL, vụ lúa đông xuân, toàn tỉnh gieo trồng 308.792 ha, năng suất bình quân chỉ đạt 6,16 tấn/ha, thấp hơn gần 1 tấn/ha so với vụ đông xuân năm trước. Sản lượng lúa của cả 2 vụ đến nay ước đạt hơn 2 triệu tấn, giảm gần 333.000 tấn so với kế hoạch.

Tại các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, diện tích gieo trồng cũng giảm mạnh so với cùng kỳ, tình hình sâu bệnh, dịch hại lại diễn biến phức tạp. Hàng chục ngàn ha lúa khu vực An Giang bị bệnh rầy nâu, đạo ôn, sâu cuốn lá, bệnh lem lép hạt và chuột hại. Năng suất lúa tại Đồng Tháp giảm mạnh do tình trạng nắng nóng kéo dài. Hàng nghìn ha lúa bị thiệt hại nặng, có nơi phải gieo sạ lại do thời tiết thất thường và dịch rầy nâu, đạo ôn...

Tác động của biến đổi khí hậu, khô hạn, nước biển dâng, xâm nhập mặn, lũ lụt đã hiện hữu và xảy ra nhanh hơn, mạnh hơn so với kịch bản mà chúng ta đã dự đoán, cùng với đó là sự thay đổi căn bản về nguồn nước ở thượng nguồn sông Mê Kông do hoạt động kinh tế của các quốc gia đầu nguồn. Những hạn chế trong nội tại của ngành cũng làm giảm năng lực cạnh tranh, chưa tạo được vị thế vững chắc của hạt gạo Việt trên thương trường, các vấn đề về khoa học công nghệ, chọn tạo và sản xuất giống lúa, các quy trình canh tác tổng hợp và trên hết đó là hiệu quả của sản xuất thấp.

Về tổ chức sản xuất nông nghiệp: toàn vùng có 1.380 hợp tác xã; trong đó, có 06/13 tỉnh, thành có phân loại hợp tác xã với kết quả: 38% hợp tác xã đạt loại khá, 30% đạt loại trung bình; 32% yếu kém và ngừng hoạt động. Về tổ hợp tác nông nghiệp bình quân mỗi tỉnh, thành phố có 1.367 tổ hợp tác nông nghiệp, tăng bình quân hàng năm 163 tổ/tỉnh, thành phố; có 6.586 trang trại (giảm 2% so cùng kỳ).

Kim ngạch xuất khẩu ước đạt 13,2 tỷ USD, tăng 4,4% so cùng kỳ. Các mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là thủy sản, gạo, thực phẩm chế biến, dệt may, giày dép, hàng thủ công mỹ nghệ. Kim ngạch nhập khẩu ước đạt 5,96 tỷ USD, tăng 6,1% so cùng kỳ. Các mặt hàng nhập khẩu chủ yếu là phân bón, sắt thép, máy móc thiết bị phục vụ sản xuất.

 Xã hội Vùng Đồng bằng sông Cửu Long có dân số trung bình là 17.660,7 (nghìn người). Mật độ dân số: 433 người/km2 . Tốc độ tăng trưởng kinh tế (GRDP) ước đạt 7,8% (đạt 99,4% kế hoạch). Cơ cấu kinh tế chuyển dịch chậm, nông lâm ngư

nghiệp vẫn chiếm tỷ trọng lớn (khu vực I chiếm 33,1%, khu vực II chiếm 25,25%, khu vực III chiếm 41,65%). GRDP bình quân đầu người ước đạt 40,27 triệu đồng/người/năm (tăng 2,2 triệu đồng so với năm 2014).

1.4. Tổng quan về tỉnh An Giang

1.4.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh An Giang [1]

Hình 1.9. Bản đồ tỉnh An Giang

Vị trí địa lý: An Giang là một tỉnh thuộc vùng đồng bằng sông Cửu Long có diện tích tự nhiên là 3.536,8 km2, một phần nằm trong tứ giác Long Xuyên. Tỉnh có phía tây bắc giáp Campuchia (104 km), phía tây nam giáp tỉnh Kiên Giang (69,789 km), phía nam giáp thành phố Cần Thơ (44,734 km), phía đông giáp tỉnh Đồng Tháp (107,628 km).

Địa hình: An Giang là 1 trong 2 tỉnh ĐBSCL có đồi núi, hầu hết đều tập trung ở phía Tây Bắc của tỉnh, thuộc 2 huyện Tịnh Biên và Tri Tôn. Đây là cụm núi cuối

cùng của dãy Trường Sơn , nên đặc điểm địa chất cũng có những nét tương đồng với vùng Nam Trường Sơn, bao gồm các thành tạo trầm tích và magma.

Khí hậu: An Giang chịu ảnh hưởng của 2 mùa gió là : gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc. Gió Tây Nam mát và ẩm nên gây ra mùa mưa. Gió mùa Đông Bắc thổi vào An Giang xuất phát từ biển nhiệt đới phía Trung Quốc, nên có nhiệt độ cao hơn vùng băng tuyết Si bê ri và có độ ẩm lớn hơn, không tạo ra rét, mà chỉ hanh khô, có phần nắng nóng.

1.4.2. Điều kiện kinh tế xã hội [1]

 Kinh tế

Tình hình sản xuất lúa tại An Giang:

+ Vụ Đông Xuân: Tính đến ngày 12/5/2017, toàn tỉnh đã thu hoạch được 230.501 ha lúa, đạt 96,88% so cùng kỳ, đạt 96,33% so kế hoạch; ước năng suất đạt 71,42 tạ/ha, tăng 0,31 tạ/ha so cùng kỳ; sản lượng đạt 1,646 triệu tấn.

+ Vụ Hè Thu: Đến giữa tháng 5 diện tích lúa xuống giống đạt 202.602 ha, bằng 90,9% so cùng kỳ; trong đó, cây lúa đạt 189.136 ha, đạt 79,5% kế hoạch và bằng 91,54% so cùng kỳ và hoa màu các loại đạt 13.466 ha, đạt 60,4% kế hoạch và bằng 82,77% so cùng kỳ. Đã thu hoạch trà lúa sớm, được 2.328 ha, bằng 45% so cùng kỳ, năng suất bình quân khoảng 5,63 tấn/ha, xấp xỉ cùng kỳ.

Xã hội

An Giang có dân số trung bình đông nhất so với các tỉnh thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long, tính đến năm 2016 là 2159,9 ngàn người với mật độ dân số là 611 người/km2. Cơ cấu kinh tế 6 tháng đầu năm 2017 tiếp tục theo hướng tích cực (khu vực I ngày càng giảm và khu vực II, khu vực III tăng dần qua các năm), trong đó: Khu vực nông, lâm nghiệp và thuỷ sản chiếm tỷ trọng 29,34%; khu vực công nghiệp và xây dựng chiếm 13,55%; khu vực dịch vụ chiếm 55,68%; thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm chiếm 1,43% (cùng kỳ năm 2016 lần lượt là: 30,94%; 13,71%; 53,98% và 1,37%).

CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi

Đối tượng nghiên cứu: Mẫu rơm rạ, mẫu các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt hở rơm rạ. Các thông số phân tích trong mẫu khí thải phát sinh từ hoạt động đốt hở rơm rạ bao gồm tổng bụi lơ lửng TSP,CO2 , CO, NO2, SO2 theo quy định của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT)

Phạm vi nghiên cứu: Tỉnh An Giang thuộc vùng Tây Nam Bộ

2.2. Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 11/2017 đến tháng 8/2018.

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp khảo sát thực địa

Tiến hành quan sát tại thực địa nhằm thu thập và ghi lại các tài liệu trực quan, hình ảnh liên quan tới đối tượng nghiên cứu như: vị trí lấy mẫu, hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng.

Thông tin tổng hợp về địa điểm tiến hành các thí nghiệm đốt hở rơm rạ được trình bày trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1 Tọa độ địa điểm lấy mẫu

Kí hiệu điểm lấy mẫu Điểm lấy mẫu Tọa độ

VT1 Xã An Hòa, huyện Châu Thành 10°28'21.60"N 105°18'32.65"E

VT2 Xã An Bình, huyện Thoại Sơn 10°17'53.26"N 105° 9'6.96"E

VT3 Xã An Tức, huyện Tri Tôn 10°23'24.16"N 104°56'18.69"E

Vị trí 1 (VT 1)

Địa điểm nghiên cứu đầu tiên là ruộng thuộc sở hữu của nhà ông Nguyễn Văn Tuấn, nằm trên cánh đồng xã An Hòa, huyện Châu Thành Thông tin địa điểm được biểu diễn trong Bảng 2.1 và Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu nằm giữa cánh đồng và cách khu dân cư 1,29km.

Hình 2.1. Địa điểm lấy mẫu tại cánh đồng Ấp An Hòa Châu Thành (1) Vị trí 2 (VT 2)

Địa điểm nghiên cứu thứ hai là ruộng thuộc sở hữu của nhà bà Võ Thị Thu Sương, nằm trên cánh đồng xã An Bình, huyện Thoại Sơn. Thông tin địa điểm được biểu diễn trong Bảng 2.3 và Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu nằm giữa cánh đồng và cách khu dân cư 1km.

Các vị trí đốt đều có địa hình bằng phẳng, xung quanh không có vật cản, trong bán kính từ 0,5 ÷ 1 km không có nhà dân. Nghiên cứu đã thực hiện 3 vị trí tại cánh đồng trong vụ lúa Đông Xuân tháng 3 năm 2018. Hầu hết lúa tại các khu vực tiến hành nghiên cứu được thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp. Rơm được phơi khô tự nhiên ngay tại đồng ruộng 2 3 ngày. Các thông tin về quá trình đốt và điều kiện trong quá trình thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.1.

Bảng 2.2. Đặc điểm rơm rạ trước khi đốt

Kí hiệu mẫu

Thời gian gặt đến khi đốt (ngày)

Độ ẩm rơm (%) Diện tích đốt (m2)

Khối lượng rơm/ 1 đơn vị diện tích (kg/m2)

Khối lượng rơm đã đốt (kg)

VT1 3 53,8 50 1,7 85 VT2 3 56,3 60 1,6 96 VT3 3 63,8 55 1,7 94

Các thí nghiệm được tiến hành mô phỏng quá trình đốt rơm rạ tại đồng ruộng. Các loại rơm trước khi đốt được để khô tự nhiên dưới ánh nắng mặt trời trong thời gian ngắn từ 1 đến 3 ngày nên độ ẩm tương đối cao (đều lớn hơn 50%). 2.3.2. Phương pháp xác định nồng độ các chất ô nhiễm ngoài hiện trường (1) Thu mẫu rơm rạ

Việc thu mẫu rơm rạ này phục vụ cho thí nghiệm đốt trong phòng thí nghiệm. Tiến hành thu mẫu rơm rạ ngoài cánh đồng theo quy trình như sau: Tại mỗi cánh đồng, tiến hành căng dây chia ô tại 3 vị trí bất kì, với diện tích 1m2/ô.

thí nghi

rơm này sau

phòng thí nghiệm, ph

n còn

(2) Quá trình tiến hành thí nghiệm đốt ngoài đồng ruộng

Việc xác định nồng độ các chất ô nhiễm môi trường không khí trong thí nghiệm đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng được tiến hành đo tại ba thời điểm: trước khi có hoạt động đốt (không khí nền), trong thời gian đốt (từ khi bắt đầu có ngọn lửa cho tới trước khi kết thúc đốt) và kết thúc đốt.

* Đo nhanh không khí nền: Thí nghiệm được tiến hành đầu tiên với việc đo nhanh nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí trước khi tiến hành đốt. Việc xác định vị trí đo nhanh môi trường nền dựa trên xác định hướng gió của thời điểm lấy mẫu và phải có tính đại diện. Đầu thu mẫu của các thiết bị được đặt tại vị trí cố định ở độ cao 1,5 m so với mặt đất và đặt cùng hướng gió. Tiến hành đo đạc liên tục điều kiện khí tượng và các khí ô nhiễm trong khoảng thời gian lấy mẫu, thông tin chi tiết được thể hiện trong bảng 2.3. Tất cả thiết bị được kiểm tra và hiệu chỉnh trước khi tiến hành thí nghiệm.

Bảng 2.3. Thông tin về điều kiện khí tượng và các chất khí ô nhiễm

TT Thông số Phương pháp thực hiện Đơn vị phối hợp thực hiện

thông số khí tượng

Nhiệt độ

Độ ẩm

Vận tốc gió

Hướng gió

TSP

PM10, PM2.5

nhanh bằng thiết bị Testo 350XL HUNRE

hình Noaa

thông số ô nhiễm

ấy mẫu bụi TCVN 5067:1995

nhanh bằng TB Shibata

HUNRE và Trung tâm quan trắc Môi trường

Giang

nhanh bằng thiế

Testo 350XL

Hình 2.6. Lắp đặt thiết bị đo và đo nhanh mẫu nền

* Đo nhanh khí thải trong quá trình đốt: Các thực hiện cũng tương tự như đo mẫu nền. Tất cả các thiết bị được đặt tại vị trí cố định cách đám cháy khoảng từ 4 5 m theo hướng gió, nhằm tránh ảnh hưởng của nhiệt độ của ngọn lửa. Khoảng cách này được coi là đại diện và đủ gần để dòng khí ổn định và có thể thu mẫu [2]. Ngoài ra, đầu thu mẫu của các thiết bị lấy mẫu được đặt tại độ cao 1,5m so với mặt đất và đặt cùng hướng gió.

* Đo nhanh khí thải sau khi kết thúc đốt: Sau một thời gian đốt, nồng độ các chất khí ô nhiễm hiển thị trên máy đo nhanh ổn định (không tăng giảm nhiều) và có nồng độ gần với nồng độ của không khí nền trước khi đốt thì kết thúc thí nghiệm. Ghi chép lại thời gian cháy và nồng độ cuối cùng.

1 Thiết bị phân tích

Cấu tạo gồm: Bơm hút Đầu lọc bụi - Đầu lọc độ ẩm

Hộp phân tích: Sensor phân tích các thông số môi trường bao gồm các chỉ tiêu: CO, SO2; NO2; NO2 (NO2 + NO); O2; CxHy; H2; CO2

2

Thiết bị điều khiển

Là thiết bị điều khiển các dữ liệu sau khi thân máy chính xử lý các dữ liệu trong quá trình đo. Ngoài ra trên thiết bị điều khiển có lắp đặt Sensor đo Nhiệt độ và Áp suất, vì vậy có thể đo trực tiếp áp suất và nhiệt độ khi không có thân máy chính.

3 Đầu dò

Các đầu dò lấy mẫu khí, đầu dò vận tốc cũng như các đầu dò nhiệt độ có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Tùy thuộc vào nhu cầu, các đầu dò lấy mẫu khí sẽ được kết nối với ống lấy mẫu có chiều dài lên đến 3m. Ngoài ra, ta có thể sử dụng đầu dò có bộ lọc để lọc bụi khí trong đường ống và một đầu dò dành riêng cho đo nhiệt độ lên đến 1800oC, để tránh ngưng tụ hơi nước, ta có thể thêm vào tay cầm có bộ tạo nhiệt

4

Phụ

kiện hỗ trợ

Bộ lấy mẫu khí (Dây dẫn nhiệt độ; Dây dẫn khí; Đầu lấy mẫu khí)

Bộ đo áp suất (Đầu lấy mẫu khí; Dây dẫn khí; Dẫy dẫn nhiệt độ)

- Bộ sạc và dây cáp.

 Thiết bị đo bụi Sibata

GT-331 được thiết kế để cầm tay nhỏ gọn, dễ sử dụng, có thể thực hiện các phép đo nhanh hàm lượng bụi: PM1, PM2.5, PM7, PM10 và TSP. Các phép đo GT 331 có thể so sánh với các phương pháp tham khảo đắt tiền như gravimetric, beta gauge và TEOM. GT 331 có cảm biến laser diode, pin NiCd, bơm chân không, đầu dò đẳng động, thiết bị điện tử vi xử lý, giao diện máy tính và màn hình LCD tất cả trong một khối nhỏ. GT 331 cung cấp chỉ thị nhanh về nồng độ khối lượng hạt trên một mét khối không khí được lấy mẫu cho các hạt có kích thước phổ biến nhất được thử nghiệm PM1, PM2.5, PM7, PM10 và TSP.

Hình 2.9. Thiết bị đo bụi Sibata GT 331 Ở chế độ thủ công, người dùng rất thuận lợi và dễ sử dụng. Máy có hai nút lựa chọn là công tắc nguồn <START/STOP> và <SELECT>. Chọn <START/STOP> để bắt đầu lấy mẫu khí trong 4 phút. Sau khi lấy mẫu hoàn thành, GT 331 sử dụng dữ liệu đếm bụi với phạm vị kích thước bụi khác nhau và một thuật toán độc quyền để đưa ra nồng độ bụi của mẫu khí đó. Khi sử dụng ở chế độ từ xa, GT 331 kết hợp với cổng RS232 để kết nối với máy tính, điều này cho phép GT 331 thu thập dữ liệu liên tục. Nhấn <SELECT> để chọn các giá trị nồng độ bụi ta quan tâm. Nhấn <START/STOP> một lần nữa để bắt đầu thực hiện đo mẫu khí khác. 2.3.3. Phương pháp xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm (1) Xử lý mẫu trước khi đốt Rơm rạ sau khi đem về được xử lý như sau: Bước 1: Đổ toàn bộ lượng mẫu ra sàn Bước 2: Trộn kĩ mẫu nhiều lần

Bước 3: Chia đống rơm rạ thành 4 phần bằng nhau (vun thành 4 đống nhỏ đều nhau) sau đó tiến hành lấy hai phần chéo nhau (A + D) hoặc (B + C), nhập 2 phần lấy được vào với nhau và trộn đều, hai phần còn lại được thu gom lại vào túi đem về xác định độ ẩm và hàm lượng C trong mẫu. Bước 4: Tiếp tục tiến hành lấy mẫu từ hỗn hợp hai phần vừa lấy theo nguyên tắc trên cho đến khi thu được lượng mẫu phù hợp.

Hình 2.10. Sơ đồ mô tả quá trình xử lý mẫu

Hình 2.11. Xử lý mẫu trước khi tiến hành thí nghiệm

(2) Quá trình tiến hành thí nghiệm đốt trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Hệ thống lò đốt được thiết kế để đốt mẫu thí nghiệm, khí thải đi qua ống khói sẽ được đo đạc và phân tích. Hệ thống cũng được thiết kế phù hợp nhằm tránh các ảnh hưởng của các yếu tố ngoại vi, đặc biệt là gió tránh ảnh hưởng đến nhiệt độ cháy và làm pha loãng dòng khí [21]. Cụ thể, thiết bị được thiết kế như sơ đồ Hình 2.9. Vị trí lấy mẫu được xác định theo phương pháp 1 của US.EPA, khoảng cách trên ống khói như thiết kế đảm bảo mẫu bụi thu được có tính đại diện. Cửa lấy mẫu có đường kính 110 mm, đủ rộng để đưa cùng 1 lúc các đầu đo như: đầu đo nhiệt độ, ống Pitot và đầu lấy mẫu của thiết bị AST Sampler, hãng Thermo. Hệ thống có bộ phận vít nâng khoảng 50 mm đảm bảo đối lưu khí, cung cấp không khí cho quá trình cháy.

B

D

Hình 2.12. Sơ đồ hệ thống lò đốt Hình 2.13. Mô hình lò đốt thực tế Trước mỗi lần đốt, rơm được cân để xác định khối lượng ban đầu, sau đó được đưa vào buồng đốt. Khói sinh ra sẽ theo đường ống khói thoát ra ngoài. Đầu đo các thiết bị đặt ở điểm lấy mẫu sẽ đo đạc các thông số.

Bảng 2.5. Khối lượng rơm đốt trong phòng thí nghiệm M1 M2 M3 Giống lúa IR50404 IR50404 IR50404 Khối lượng rơm đốt, kg 2,5 2,5 2,5

Cho vào đĩa cân dùng để xác định độ ẩm, có nắp (cân khối lượng của đĩa trước khi cho rơm vào) một lượng rơm đã cắt nhỏ. Đĩa cân cần có kích thước thích hợp để lớp rơm cho vào không dày quá 5mm.

Cho đĩa chứa rơm (đã mở nắp) vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 100 105oC trong 1 giờ. - Cho đĩa vào bình hút ẩm đến khi nguội. Đậy nắp và cân.

Làm lại nhiều lần đến khi chênh lệch trọng lượng giữa 2 lần cân không vượt quá 0,5mg.

 Phân tính hàm lượng Carbon trong rơm và tro

Nguyên tắc:

Chất hữu cơ trong rơm rạ và tro dưới tác dụng của nhiệt độ, bị K2Cr2O7 và H2SO4 đặc oxi hoá mạnh để tạo thành khí cacbonic. 3C + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O

Lượng K2Cr2O7 còn dư được chuẩn độ lại bằng dung dịch muối FeSO4 hoặc muối Morh.

Dùng chỉ thị Feroin, trong quá trình chuẩn độ màu của dung dịch chuyển từ xanh sang đỏ nâu. Nếu dùng chỉ thị điphenylamin thì phải thêm 1 2 ml H3PO4 đặc để kéo dài bước nhảy chuẩn độ, trong qua trình chuẩn độ, dung dịch chuyển từ màu lam tím sang màu xanh lá cây.

Trong quá trình chuẩn độ, Fe3+ tạo thành có thể ảnh hưởng tới quá trình chuyển màu của chỉ thị, vì vậy, trước khi chuẩn độ có thể cho thêm một lượng nhỏ H3PO4 hoặc muối NaF để tạo phức không màu với Fe3+

Hóa chất:

+ Dung dịch K2Cr2O7 0,2N trong H2SO4 (1:1): Pha 50ml dung dịch K2Cr2O7 0,4N (0,980g K2Cr2O7/50ml) rồi cho sang bình định mức 100ml, thêm từ từ H2SO4 đặc cho đủ 100ml, trong quá trình thêm H2SO4 đặc phải làm lạnh bình định mức bằng nước.

+ Dung dịch muối Morh 0,2N: Cân 7,840g (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O hòa tan trong

nước, thêm 5ml H2SO4 đặc, định mức bằng nước cất đến 100ml. Nồng độ dung dịch muối Morh này được chuẩn độ lại bằng dung dịch K2Cr2O7 0,2N. + Chỉ thị Feroin: Là hỗn hợp gồm 0,695g FeSO4.7H2O và 1,485g o phenantrolin amonohidrat (C12H8N2.H2O) hòa tan trong 100ml nước cất.

Quy trình tiến hành: Dùng cân phân tích cân 0,20g rơm rạ (đã cắt nhỏ) cho cẩn thận vào bình tam giác 100ml (tránh cho mẫu bám lên thành bình).

Dùng pipet thêm từ từ đúng 10ml K2Cr2O7 0,2N trong H2SO4 (1:1) vào bình. Lắc nhẹ bình, tránh để đất bám lên thành bình. Đậy bình bằng một chiếc phễu và đun trên bếp cách cát cho dung dịch sôi ở 1800C, đun tiếp trong đúng 5 phút để đảm bảo cho các chất hữu cơ trong mẫu bị phân hủy hoàn toàn. Tuy nhiên, cần phải không chế nhiệt độ và thời gian đun để tránh các chất bị khác phân hủy.

Lấy bình ra để nguội, tia nước cất vào thành bình để rửa kalibicromat bám ở thành bình (10 20 ml nước cất). Cho thêm vài giọt chỉ thị Feroin và chuẩn độ dung dịch bằng dung dịch muối sắt (II) 0,2N cho đến khi dung dịch chuyển từ từ xanh sang đỏ nâu.

Đồng thời làm thí nghiệm với mẫu trắng bằng cách cân 0,20g mẫu đã nung để loại bỏ hết các chất hữu cơ cho vào bình tam giác và thêm đúng 10ml dung dịch K2Cr2O7 0,4N và tiến hành các thủ tục như mẫu đất môi trường.

Tính toán kết quả: Chất hữu cơ (%) = (���� ����)������,��������,������������ ��

Trong đó:

V0: Thể tích muối Morh dùng để chuẩn độ mẫu trắng (ml).

V1: Thể tích muối Morh dùng để chuẩn độ mẫu môi trường (ml).

CN: Nồng độ đương lượng của muối Morh.

1,742: Hệ số thực nghiệm (hiện nay người ta có thể lấy hệ số này là 2), là hệ số chuyển đổi từ hàm lượng cacbon sang hàm lượng các chất hữu cơ.

W: Khối lượng đất cân ban đầu (g). 2.3.5. Phương pháp xác định hệ số phát thải

 Đổi đơn vị Thực hiện theo quy định và hướng dẫn trong 24/2017/TT BTNMT về tính toán kết quả khi sử dụng thiết bị đo trực tiếp. Đối với kết quả đo của thiết bị ppm và điều kiện quy định là 25oC, 760mmHg (giống với tiêu chuẩn thiết bị đo khí thải testo 350 đang sử dụng) thì các chất ô nhiễm được tính toán theo công thức sau:

CO: ppm x 1,14 = mg/Nm3

SO2: ppm x 2,62 = mg/Nm3

NO2: ppm x 1,88 = mg/Nm3

NO: ppm x 1,23 = mg/Nm3

 Công thức tính HSPT ngoài hiện trường

Giả định trong quá trình đốt sinh khối, 90% Cacbon được chuyển hóa thành CO2 và CO thì hiệu suất cháy được tính thông qua lượng phát thải của CO2 và CO [36],[37]

 Hiệu suất cháy được tính thông qua lượng phát thải của CO2 và CO như sau: MCE= ��O2 ��O2 + ���� (23)

Trong đó:

CO và CO2 là nồng độ CO và CO2 phát thải được xác định trong mỗi thí nghiệm, (mg/m3)

Nếu hiệu suất cháy MCE > 0,9 thì quá trình cháy chủ yếu là cháy ngọn lửa, CO2 được sử dụng làm chất tham chiếu.

Nếu hiệu suất cháy MCE < 0,9 thì quá trình cháy chủ yếu là cháy là cháy âm ỉ, CO được sử dụng làm chất tham chiếu. [37].

 Tỉ lệ phát thải được tính như sau: Trường hợp CO là chất tham chiếu:

������/���� = ∆�� ∆���� (2.4)

Trường hợp CO2 là chất tham chiếu: ������/����2 = ∆�� ∆����2 (2.5)

Trong đó:

ERX/CO: Tỷ lệ phát thải của chất X đối với CO ERX/CO2: Tỷ lệ phát thải của chất X đối với CO2 ∆X, ∆CO, ∆CO2 là nồng độ các chất ô nhiễm từ quá trình đốt. Giá trị delta bằng hiệu giữa nồng độ chất ô nhiễm đo được khi lấy mẫu khói (Xf, COf, CO2,f) và nồng độ nền (Xb, COb, CO2,b): ∆X = Xf - Xb ∆CO = COf COb ∆CO2 = CO2,f CO2,b

 Hệ số phát thải của chất X được tính theo các phương trình sau:

Trường hợp CO làm chất tham chiếu (quá trình cháy âm ỉ):

EFx = ERX/CO × ERX/CO2 × EFCO2 (2.6)

Trường hợp CO2 làm chất tham chiếu (quá trình cháy ngọn lửa):

EFx = ERX/CO2 × EFCO2 (2.7)

Trong đó:

EFCO2 là hệ số phát thải của CO2 (g/kg)

ERCO/CO2 là tỷ lệ phát thải của CO so với CO2  Hệ số phát thải của CO2 Hệ số phát thải của CO2 được tính toán dựa theo phương trình cân bằng Cacbon: Co = ���� ���� �� ×1000 (2.8)

Trong đó: Co: lượng C bị đốt cháy, gC/kg;

Cb: lượng C có trong rơm trước khi đốt, kgC/kg; Ca: lượng C còn lại trong tro sau khi đốt, kgC/kg;

45

m: khối lượng rơm đốt (kg)

Theo Reid và cộng sự (2004) [37], có khoảng 90% lượng C bị đốt cháy chuyển thành CO và CO2 khi đó hệ số phát thải CO2 được tính theo phương trình sau [37]: ��������2 = 0,9 × ∆����2 ∆���� + ∆����2 ×���� × 44 12 (2.9)

 Công thức tính HSPT trong phòng thí nghiệm  Với bụi PM2.5 và PM10: Hệ số phát thải của bụi được tính toán bằng phương trình cân bằng khối lượng được trình bày bởi Jenkins et al. (1996) và Guoliang et al. (2008): Đối với bụi PM, hệ số phát thải (Ei) được tính theo công thức: Ei,j = 1 mfd Asu mk,i v0 ŋ Ti Ts (2.10)

Trong đó: + Ei,j: Hệ số phát thải của bụi + mk,i: Khối lượng mẫu

+ v0: Tốc độ dòng chảy của máy bơm khí

+ ŋ: Hàm lượng của bụi

+ Ti: Nhiệt độ không khí xung quanh tuyệt đối + Ts: Nhiệt độ trong ống khói tuyệt đối

 Với các chất khí ô nhiễm:

Trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp đo nhanh tương tự như nghiên cứu của M. Irfan et al. (2013). Hệ số phát thải của các chất khí ô nhiễm được tính toán bằng phương pháp cân bằng khối lượng được trình bày bởi Jenkins et al. (1996) và Guoliang et al. (2008): Ei = 10 3 mfd ∫ AsuCi wi 22.4 tf t0

Trong đó:

dt (211)

+ Ei: Hệ số phát thải của chất i

+ mfd: Khối lượng mẫu được sử dụng trong thí nghiệm đốt

+ t0: Thời gian bắt đầu của thí nghiệm đốt

+ tf: Thời gian kết thúc của thí nghiệm đốt

+ As: Diện tích ống khói (m2)

+ u: Tốc độ khí trung bình

+ Ci: Nồng độ của chất ô nhiễm

+ wi: Khối lượng phân tử của chất i

2.3.6. Phương pháp so sánh

So sánh với các nghiên cứu khác về xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng cũng như trong phòng thí nghiệm nhưng khác nhau về thời gian và địa điểm, để từ đó đánh giá độ chính xác kết quả của nghiên cứu. 2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu và viết báo cáo

Số liệu sau khi thu thập được tổng hợp và xử lý bằng các phần mềm tin học (word, excel,...)

T QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đặc điểm môi trường không khí xung quanh tại các cánh đồng trước khi có hoạt động đốt

Thí nghiệm được tiến hành đầu tiên với việc lấy mẫu nền không khí để xác định nồng độ của các chất trong không khí trước khi tiến hành lấy mẫu khói thải. Từ đó, đánh giá và loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng từ khu vực nghiên cứu đến kết quả quan trắc các chất ô nhiễm trong khói thải. Việc xác định vị trí lấy mẫu nền dựa trên xác định hướng gió chủ đạo của thời điểm lấy mẫu và phải có tính đại diện. Đầu thu mẫu của các thiết bị được đặt tại vị trí cố định ở độ cao 1,5 m so với mặt đất và đặt cùng hướng gió. Tiến hành đo đạc liên tục điều kiện khí tượng (gió, nhiệt độ, độ ẩm) và các khí (CO2, CO, SO2, NO2) trong khoảng thời gian lấy mẫu. Tất cả thiết bị được kiểm tra và hiệu chỉnh trước khi tiến hành thí nghiệm. Đặc điểm không khí xung quanh tại các vị trí đốt được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Bảng 3.1. Đặc điểm môi trường không khí xung quanh

tố vi khi hậu trước khi đốt Nồng các chất khí trước khi đốt (µg/m3) Nhiệt độ (0C) Tốc độ gió (m/s)

Độ ẩm không khí (%) CO2 CO SO2 NO2 TSP VT1 30,8

673200 4.230 26 153 114 VT2

723600 3.960 38 115 208 VT3

657000 4.870 44 139 195

Trung bình 684600 4.353 33 136 172 Trung tâm quan trắc An Giang 4.126 135 125 127 QCVN 05:2013/BTNMT - 30.000 350 200 300

Nồng độ các khí ô nhiễm tại 3 vị trí trước khi có hoạt động đốt rơm rạ đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng môi trường không khí xung quanh.

So sánh với kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh [38] của Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh An Giang (tháng 3/2017) thu được: Nồng độ CO, NO2 trung bình tại 3 vị trí tiến hành thí nghiệm tương đương với nồng độ của trung tâm quan trắc. Nồng độ SO2 trung bình tại 3 vị trí thấp hơn 4 lần so với nồng độ của trung tâm quan trắc.

3.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm MTKK từ hoạt động đốt rơm rạ ngoài hiện trường

3.2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm MTKK

a. Khí CO2

Khí CO2 là một loại khí phổ biến trong tự nhiên, là sản phẩm của các quá trình cháy, hô hấp. Nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học tại Đại học Washington Mỹ đã cho thấy, nồng độ CO2 trong khí quyển đã đạt mức cao nhất trong ít nhất 800 ngàn năm qua với mức trung bình 410 ppm (~ 728 000 µg/m3) Trong rơm rạ cacbon chiếm 44%, khi đốt sẽ tạo ra một lượng lớn CO2 góp phần gây biến đổi khí hậu Áp dụng quy định và hướng dẫn trong Thông tư 40/2015/TT BTNMT về tính toán kết quả khi sử dụng thiết bị đo trực tiếp, nồng độ CO2 tại mỗi vị trí và trung bình 3 vị trí được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.2, Bảng 3.3, Bảng 3.4 và Bảng 3.5 dưới đây: Bảng 3.2. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 1 Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 374 673,20 673.200 Bắt đầu đốt 382 687,60 687.600

Sau 30 phút 426 766,80 766.800

Sau 1 giờ 453 815,40 815.400

Sau 1 giờ 30 phút 419 754,20 754.200

Kết thúc đốt 391 703,80 703.800

Bảng 3.3. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 2

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 402 723,60 723.600

Bắt đầu đốt 415 747,00 747.000

Sau 30 phút 430 774,00 774.000

Sau 1 giờ 461 829,80 829.800

Sau 1 giờ 30 phút 421 757,80 757.800

Kết thúc đốt 408 734,40 734.400

Bảng 3.4. Quy đổi nồng độ CO2 tại vị trí 3

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 365 657,00 657.000

Bắt đầu đốt 381 685,80 685.800

Sau 30 phút 407 732,60 732.600

Sau 1 giờ 438 788,40 788.400

Sau 1 giờ 30 phút 396 712,80 712.800

Kết thúc đốt 373 671,40 671.400

Bảng 3.5. Quy đổi nồng độ CO2 trung bình tại 3 vị trí

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 380 684,60 684.600

Bắt đầu đốt 393 706,80 706.800

Sau 30 phút 421 757,80 757.800

Sau 1 giờ 451 811,20 811.200

Sau 1 giờ 30 phút 412 741,60 741.600

Kết thúc đốt 391 703,20 703.200

Từ Hình 3.1 và Bảng 3.6 trên thấy được, nồng độ CO2 dao động trong khoảng 703.200 ÷ 811.200 µg/m3 Sau khi đốt 30 phút, nồng độ CO2 trung bình tăng 109.200 µg/m3 (~ 16%) so với nồng độ nền. Trong 30 phút đốt tiếp theo, nồng độ CO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 811.200 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 126.600 µg/m3 (~ 19%). Sau khi đốt 1 giờ 30 phút, nồng độ CO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 69.600 µg/m3 (~ 9%) và cao hơn nồng độ nền 57.000 µg/m3 (~ 8%) Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ CO2 trung bình tại 3 vị trí giảm dần, cao hơn nồng độ nền 18.600 µg/m3 (~ 3%).

Nồng độ CO2 ngoài hiện trường (µg/m3)

0 1 2 3 4 5 6

VT2 VT3 TB

Hình 3.1. Nồng độ CO2 ngoài hiện trường b. Khí CO

Khí CO là sản phẩm chính trong sự cháy không hoàn toàn của cacbon và các hợp chất chứa cacbon, phát sinh trong điều kiện thiếu oxi và độ ẩm cao. Khói do đốt rơm rạ thường cháy không thành ngọn lửa nên sinh ra rất nhiều khí CO (gọi là khí monoxide carbon). Đây là loại khí rất độc có thể gây chết người. Người hít nhiều và kéo dài có thể biến đổi cấu trúc của bộ máy hô hấp, gây dễ mắc nhiễm trùng phổi, bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính, ung thư phổi...

Nồng độ CO tại mỗi vị trí và trung bình 3 vị trí được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.6, Bảng 3.7, Bảng 3.8 và Bảng 3.9 dưới đây:

Bảng 3.6. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 1

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 3,71 4,23 4.230

Bắt đầu đốt 7,64 8,71 8.710

Sau 30 phút 14,24 16,23 16.230

Sau 1 giờ 18,20 20,75 20.750

Sau 1 giờ 30 phút 9,71 11,07 11.070

Kết thúc đốt 3,96 4,51 4.510

Bảng 3.7. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 2

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 3,47 3,96 3.960

Bắt đầu đốt 5,29 6,03 6.030

Sau 30 phút 16,78 19,13 19.130

Sau 1 giờ 21,29 24,27 24.270

Sau 1 giờ 30 phút 11,60 13,22 13.220

Kết thúc đốt 3,60 4,10 4.100

Bảng 3.8. Quy đổi nồng độ CO tại vị trí 3

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 4,27 4,87 4.870

Bắt đầu đốt 9,18 10,47 10.470

Sau 30 phút 20,83 23,75 23.750

Sau 1 giờ 25,72 29,32 29.320

Sau 1 giờ 30 phút 13,09 14,92 14.920

Kết thúc đốt 4,34 4,95 4.950

Bảng 3.9. Quy đổi nồng độ CO trung bình tại 3 vị trí

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 3,82 4,35 4.350

Bắt đầu đốt 7,37 8,40 8.403

Sau 30 phút 17,28 19,70 19.703

Sau 1 giờ 21,74 24,78 24.780

Sau 1 giờ 30 phút 11,46 13,07 13.070

Kết thúc đốt 3,96 4,52 4520

Từ Hình 3.2 và Bảng 3.9 trên thấy được, nồng độ CO dao động trong khoảng 4.250 ÷ 24.780 µg/m3 . Sau khi đốt 30 phút, nồng độ CO trung bình tăng 15.355 µg/m3 (~ 353%) so với nồng độ nền. Trong 30 phút đốt tiếp theo, nồng độ CO trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 24.780 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 20.430 µg/m3 (~ 470%). Sau khi đốt 1 giờ 30 phút, nồng độ CO bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 11.710 µg/m3 ( ~ 47%) và cao hơn nồng độ nền 8.720 µg/m3 (~ 200%)

Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ CO trung bình tại 3 vị trí giảm dần, cao hơn nồng độ nền 170 µg/m3 (~ 4%).

Nồng độ CO quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 30.000 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, khí CO phát sinh từ 3 vị trí đều nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, các giá trị này gần vượt ngưỡng cho phép, giá trị trung bình cực đại tại 3 vị trí thấp hơn QCVN 05:2013 là 5.220 µg/m3. Nếu như nhiều cánh đồng cùng đốt một lúc và đốt với diện tích lớn thì nồng độ CO sẽ vượt giới hạn cho phép.

30000

20000

0

0 1 2 3 4 5 6 7

c. Khí SO2

Nồng độ CO ngoài hiện trường (µg/m3) VT1 VT2 VT3 TB QCVN 05:2013

Hình 3.2. Nồng độ khí CO ngoài hiện trường

Khí SO2 là một hợp chất hóa học có tên gọi khác là lưu huỳnh đioxit, đây là sản phẩm chính khi đốt cháy lưu huỳnh. SO2 được sinh ra nhờ quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu… hoặc nấu chảy các quặng nhôm, đồng, kẽm, chì, sắt. Trong rơm rạ, lưu huỳnh chiếm tỉ lệ rất nhỏ (chưa có số liệu cụ thể về thành phần %) nên do đó khi đốt khí SO2 sinh ra không nhiều. Nồng độ SO2 tại mỗi vị trí và trung bình 3 vị trí được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.10, Bảng 3.11, Bảng 3.12 và Bảng 3.13 dưới đây: Bảng 3.10. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 1 Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3) Nền 0,010 0,026 26 Bắt đầu đốt 0,012 0,031 31 Sau 30 phút 0,018 0,047 47

Sau 1 giờ 0,025 0,065 65

Sau 1 giờ 30 phút 0,021 0,056 56

Kết thúc đốt 0,011 0,028 28

Bảng 3.11. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 2

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3)

Nền 0,015 0,038 38

Bắt đầu đốt 0,017 0,044 44

Sau 30 phút 0,020 0,053 53

Sau 1 giờ 0,027 0,071 71

Sau 1 giờ 30 phút 0,019 0,049 49

Kết thúc đốt 0,016 0,041 41

Bảng 3.12. Quy đổi nồng độ SO2 tại vị trí 3

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3)

Nền 0,013 0,034 34

Bắt đầu đốt 0,015 0,039 39

Sau 30 phút 0,017 0,045 45

Sau 1 giờ 0,023 0,059 59

Sau 1 giờ 30 phút 0,014 0,037 37

Kết thúc đốt 0,013 0,035 35

Bảng 3.13. Quy đổi nồng độ SO2 trung bình tại 3 vị trí

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3)

Nền 0,012 0,033 33

Bắt đầu đốt 0,015 0,038 38

Sau 30 phút 0,018 0,048 48

Sau 1 giờ 0,025 0,065 65

Sau 1 giờ 30 phút 0,018 0,047 47

Kết thúc đốt 0,013 0,035 35

Từ Hình 3.3 và Bảng 3.13 trên thấy được, nồng độ SO2 dao động trong khoảng 35 ÷ 65 µg/m3 Sau khi đốt 30 phút, nồng độ SO2 trung bình tăng 15 µg/m3 (~ 45%) so với nồng độ nền. Trong 30 phút đốt tiếp theo, nồng độ SO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 65 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 32 µg/m3 (~ 97%).

Sau khi đốt 1 giờ 30 phút, nồng độ SO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 18 µg/m3 ( ~ 28%) và cao hơn nồng độ nền 14 µg/m3 (~ 42%) Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí giảm dần, cao hơn nồng độ nền 2 µg/m3 (~ 6%).

Nồng độ SO2 quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 350 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, khí SO2 phát sinh từ 3 vị trí đều nằm trong giới hạn cho phép.

Nồng độ SO2 ngoài hiện trường (µg/m3)

Hình 3.3. Nồng độ khí

QCVN 05:2013

2 ngoài hiện trường

d. Khí NO2

NO2 là khí màu vàng sậm có thể làm giảm tầm nhìn. NO2 có độ hấp thụ mạnh đối với các tia cực tím tạo nên ô nhiễm quang hóa học. NO2 cũng có thể tạo mưa axit. NO2 là một trong số những loại chất độc. Khi NO2 phản ứng với hơi nước sẽ tạo thành axít nitric HNO3 và trở thành chất có thể gây hại cho phổi. Trong rơm rạ, Nito chỉ chiếm 0,92% [29] nên do đó, khi đốt sẽ phát sinh ra một lượng nhỏ khí NO2.

Nồng độ NO2 tại mỗi vị trí và trung bình 3 vị trí được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.14, Bảng 3.15, Bảng 3.16 và Bảng 3.17 dưới đây:

Bảng 3.14. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 1

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,081 0,153 153

Bắt đầu đốt 0,093 0,174 174

Sau 30 phút 0,121 0,227 227

Sau 1 giờ 0,161 0,303 303

Sau 1 giờ 30 phút 0,127 0,239 239

Kết thúc đốt 0,088 0,166 166

Bảng 3.15. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 2

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3) Nền 0,061 0,115 115

Bắt đầu đốt 0,079 0,148 148

Sau 30 phút 0,104 0,196 196

Sau 1 giờ 0,135 0,254 254

Sau 1 giờ 30 phút 0,099 0,186 186 Kết thúc đốt 0,058 0,109 109

Bảng 3.16. Quy đổi nồng độ NO2 tại vị trí 3

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,074 0,139 139

Bắt đầu đốt 0,082 0,154 154

Sau 30 phút 0,115 0,217 217

Sau 1 giờ 0,152 0,285 285

Sau 1 giờ 30 phút 0,087 0,163 163

Kết thúc đốt 0,070 0,132 132

Bảng 3.17. Quy đổi nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,072 0,136 136

Bắt đầu đốt 0,084 0,159 159

Sau 30 phút 0,113 0,213 213

Sau 1 giờ 0,149 0,281 281

Sau 1 giờ 30 phút 0,104 0,196 196

Kết thúc đốt 0,072 0,136 136

Từ Hình 3.4 và Bảng 3.17 trên thấy được, nồng độ NO2 dao động trong khoảng 136 ÷ 281 µg/m3 . Sau khi đốt 30 phút, nồng độ NO2 trung bình tăng 77 µg/m3 (~ 57%) so với nồng độ nền. Trong 30 phút đốt tiếp theo, nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 281 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 145 µg/m3 . Sau khi đốt 1 giờ 30 phút, nồng độ NO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 85 µg/m3 (~ 30%) và cao hơn nồng độ nền 60 µg/m3 (~ 44%) Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí giảm dần, nồng độ bằng nồng độ môi trường nền.

Nồng độ NO2 quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 200 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, trong khoảng thời gian sau khi đốt 30 phút tới thời điểm đốt 1 giờ 30 phút, nồng độ NO2 sinh ra tại cả ba vị trí đều vượt giới hạn cho phép.

Nồng độ NO2 ngoài hiện trường (µg/m3)

4 5 6

VT2 VT3 TB QCVN 05:2013

Hình 3.4. Nồng độ khí NO2 ngoài hiện trường

e. Bụi TSP Bụi TSP là các hạt bụi có đường kính động học ≤ 100µm. Khi đốt rơm rạ sẽ phát sinh một lượng lớn bụi TSP. Sử dụng thiết bị Sibata GT331 để đo nhanh nồng độ bụi phát sinh khi đốt rơm rạ, kết quả hiển thị trên máy đo có đơn vị là µg/m3

Nồng độ TSP ngoài hiện trường (µg/m3)

1 2 3 4 5 6 7

VT2 VT3 TB QCVN 05:2013

Hình 3.5. Nồng độ bụi TSP ngoài hiện trường

Nồng độ trung bình tại 3 vị trí nằm trong khoảng từ 340 ÷ 14.439 µg/m3 . Giới hạn cho phép của TSP trung bình trong 1 giờ trong QCVN 05:2013 là 300 µg/m3. Từ Hình 3.5 thấy được nồng độ TSP trung bình tại các thời điểm đốt đều vượt quá giới hạn cho phép rất nhiều lần. Giá trị cực đại đạt được tại thời điểm sau khi đốt 1 giờ là 14.439 µg/m3, cao gấp 83,9 lần nồng độ nền và gấp 5,8 lần thời điểm bắt đầu đốt. Giá trị cực tiểu trong suốt quá trình đốt là thời điểm kết thúc đốt, tại thời điểm này nồng độ TSP giảm nhiều về gần với nồng độ môi trường không khí nền (cao hơn nồng độ nên 168 µg/m3) và giảm nhiều so với giá trị cực đại ( giảm14.099 µg/m3).

Nồng độ phát thải của một chất ô nhiễm được tính bằng hiệu số giữa nồng độ cực đại trừ đi nồng độ nền trong không khí. Nồng độ các chất ô nhiễm khi đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng được tổng hợp trong bảng 3.19 dưới đây:

Bảng 3.18. Nồng độ phát thải ngoài hiện trường

Kí hiệu mẫu CO2 (mg/m3) CO (mg/m3) SO2 (mg/m3) NO2 (mg/m3) TSP (mg/m3)

VT1 142,20 16,52 0,039 0,150 10,80

VT2 106,20 20,31 0,033 0,139 17,50

VT3 131,40 24,45 0,035 0,146 14,50

Trung bình 126,60 ±15,08 20,43 ±3,24 0,032 ±0,006 0,145 ±0,005 14,26 ± 2,74

Tóm lại, thời gian đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng tại cả 3 vị trí đều khoảng 2 giờ. Sau khi đốt được 1 giờ, nồng độ các chất ô nhiễm đạt đến mức cực đại. Trong 1 giờ đốt đầu tiên, nồng độ các chất ô nhiễm tăng dần thời điểm bắt đầu có ngọn lửa cho tới khi đạt đến cực đại. Đây là khoảng nồng độ các chất ô nhiễm phát sinh nhiều nhất, do đó người dân cần hạn chế ra đồng ruộng lúc này hoặc cần có những biện pháp che chắn để hạn chế mức tối thiểu việc hít phải các chất ô nhiễm. Trong 1 giờ đốt còn lại, lửa cháy bắt đầu suy tàn, phần lớn rơm rạ chuyển thành tro nên nồng độ các chất ô nhiễm giảm dần từ mức cực đại cho đến khi nồng độ về gần với nồng độ môi trường nền (tại thời điểm kết thúc đốt). 3.2.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm ngoài hiện trường

(1) Tính hiệu suất cháy MCE

Để xác định chất tham chiếu cho khí thải là CO hay CO2 cần tính hiệu suất cháy, hiệu suất cháy MCE được tính theo công thức sau: MCE= ��O2 ��O2 + ���� (2.3)

Trong đó: CO và CO2 là nồng độ CO và CO2 phát thải được xác định trong mỗi thí nghiệm, (mg/m3)

Nếu MCE > 0,9 thì quá trình cháy chủ yếu là cháy ngọn lửa, CO2 được sử dụng làm chất tham chiếu.

Nếu MCE < 0,9 thì quá trình cháy chủ yếu là cháy là cháy âm ỉ, CO được sử dụng làm chất tham chiếu. [37].

Bảng 3.19. Hiệu suất cháy MCE của rơm rạ tại vị trí quan trắc

Kí hiệu mẫu Độ ẩm rơm (%)

Nồng độ CO (mg/m3)

Nồng độ CO2 (mg/m3)

Hiệu suất cháy (MCE)

Quá trình cháy

VT1 53,8 20,22 142,20 0,88 Âm ỉ VT2 56,3 23,34 106,20 0,82 Âm ỉ VT3 63,8 28,45 131,40 0,82 Âm ỉ

Từ kết quả Bảng 3.19 cho thấy, hiệu suất cháy MCE của cả 3 vị trí VT1, VT2 và VT3 đều nhỏ hơn 0,9 vì vậy quá trình cháy tại các vị trí trên là quá trình cháy âm ỉ, CO là chất tham chiếu để tính toán hệ số phát thải của các chất ô nhiễm theo công thức (2.6). (2) Tính lượng C bị đốt cháy

 Mẫu rơm rạ trước khi đốt và tro sau khi đốt được đem đi phân tích hàm lượng cacbon. Kết quả về hàm lượng cacbon trong rơm rạ và tro tại các vị trí được thể hiện trong Bảng 3.21 dưới đây: Bảng 3.20. Hàm lượng cacbon trong rơm rạ và tro Mẫu Rơm rạ Tro Vị trí VT1 VT2 VT3 VT1 VT2 VT3 % C 39,44 45,85 43,18 17,4 13,33 20,56

 Hàm lượng C bị đốt cháy trong các thí nghiệm được tính theo công thức (2.8) Co = ����

×1000 (2.8)

Trong đó: Co: lượng C bị đốt cháy, gC/kg; Cb: lượng C có trong rơm trước khi đốt, kgC/kg;

Ca: lượng C còn lại trong tro sau khi đốt, kgC/kg;

m: khối lượng rơm đốt (kg)

Bảng 3.21. Lượng C bị đốt cháy (gC/kg)

Tên mẫu VT1 VT2 VT3

Khối lượng rơm đã đốt (kg) 85 96 94

Khối lượng tro sau khi đốt (kg) 13,60 16,32 15,51

% C trong rơm 39,44 45,85 43,18

% C trong tro 17,40 13,33 20,56

Lượng C trong rơm trước khi đốt (kgC) 33,52 44,02 40,59

Lượng C trong tro (kgC) 2,37 2,18 3,19 Lượng C được chuyển hóa (gC/kg) 370,83 435,83 397,87

Tính ����������

Hệ số phát thải ��������2được tính theo công thức (2.9) ��������2 = 0,9 × ∆����2 ∆���� + ∆����2 ×���� × 44 12 (2.9)

Trong đó: ∆CO, ∆CO2 là nồng độ các chất ô nhiễm từ quá trình đốt. Giá trị delta bằng hiệu giữa nồng độ chất ô nhiễm đo được khi lấy mẫu khói (COf, CO2,f) và nồng độ nền (COb, CO2,b): ∆CO = COf COb ∆CO2 = CO2,f CO2,b Bảng 3.22. Hệ số phát thải của CO2 (g/kg)

Thông số Đơn vị Vị trí VT1 VT2 VT3

Nồng độ CO2 nền mg/m3 673,2 723,6 657,0 Nồng độ CO2 tại thời điểm đo mg/m3 815,4 829,8 788,4

106,2

4,23 3,96 4,87

20,75 24,27 29,32

16,52 20,31 24,45

1207,34

Tính

Bảng 3.24. Tỷ lệ phát thải của chất X đối với CO2

VT1 142,20 10,8 0,076 16,52 0,116 0,039 2,74×10 4 0,150 1,05×10 3

VT2 106,20 17,5 0,165 20,31 0,191 0,033 3,11×10 4 0,139 1,31×10 3

VT3 131,40 14,5 0,110 24,45 0,186 0,035 2,66×10 4 0,146 1,11×10 3

(6) Tính hệ số phát thải của chất X

Do hiệu suất chát của cả 3 thí nghiệm MCE < 0,9 nên CO được chọn làm chất tham chiếu, vì vậy hệ số phát thải của chất X được tính theo công thức (2.6) EFx = ERX/CO × ERX/CO2 × EFCO2 (2.6)

 Khí CO

VT �������� ���� ���� ����

����

2 �������� VT1 1 0,116 1096,37 127,17 VT2 1 0,191 1207,34 203,60 VT3 1 0,186 1107,05 205,91 TB 1 164,33 1136,92 178,89

Khí SO2 VT

0,0024

1096,37 7,21×10 4

VT2 0,0016 3,11×10 4 1207,34 6,01×10 4

VT3 0,0014 2,66×10 4 1107,05 4,12×10 4

TB 0,0018 2,84×10 4 1136,92 5,78×10 4

Khí NO2

VT ��������2

����

����

2 ����

VT1 0,0091 0,0011 1096,37 0,0109

VT2 0,0068 0,0013 1207,34 0,0097

VT3 0,0059 0,0011 1107,05 0,0072

TB 0,0073 0,0012 1136,92 0,0093

Bụi TSP

VT ����

����

����

2 ����

VT1 0,65 0,076 1096,37 54,16 VT2 0,86 0,165 1207,34 101,32 VT3 0,59 0,110 1107,05 71,85 TB 70 0,117 1136,92 75,78

NO

TSP

VT1

0,0109

0,0097 101,32

VT3 1107,05 205,91 4,12×10 4 0,0072 71,85 Trung bình 1136,92 ±61,22 178,89 ±44,81 5,78×10 4 ±1,56×10 4 0,0093 ±0,0019 75,78 ±23,83

Từ kết quả cho thấy, hệ số phát thải CO2 nằm trong khoảng 1096,37 ÷ 1207,34 (g/kg). Hệ số phát thải của CO trong các thí nghiệm dao động từ 127,17 ÷ 205,91 (g/kg). Hệ số phát thải CO trong các thí nghiệm đều cao nguyên nhân do độ ẩm của rơm cao (> 50%) nên khả năng bắt cháy kém, quá trình cháy diễn ra âm ỉ, lượng CO tạo ra lớn. Hệ số phát thải khí NO2 rất nhỏ (0,0072 ÷ 0,0109) do hàm lượng nito trong rơm chiếm một phần không đáng kể (0,92%) nên khi cháy không sinh ra nhiều khí NO2. Tương tự như NO2, do hàm lượng lưu huỳnh trong rơm rạ không đáng kể nên hệ số phát thải SO2 rất nhỏ (4,12×10 4 ÷ 6,01×10 4). Hệ số phát thải TSP nằm trong khoảng 54,16 ÷ 101,32 (g/kg).

Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm môi trường từ hoạt động đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng tại vùng Tây Nam Bộ được so sánh với các nghiên cứu khác cùng đối tượng được thể hiện trong Bảng 3.27 dưới đây: Bảng 3.26. So sánh hệ số phát thải các chất ô nhiễm với các nghiên cứu khác Hệ số phát thải, g/kg CO2 TSP CO NO2 SO2 Nghiên cứu tại Tây Nam Bộ 772,81 60,07 179,89 0,006 2,37 × 10 4 T.Q.Mạnh [34]

Jing Li [35]

- 0,4 Jenkins [33]

Kim Oanh [3]

P.T.Hữu [31]

0,48

Từ kết quả trong Bảng 3.27 có thể nhận thấy được hệ số phát thải CO2 và CO trong nghiên cứu này và nghiên cứu [31] tương đương nhau, cả hai nghiên cứu này có hệ số phát thải CO2 thấp hơn và hệ số phát thải CO cao hơn so với các nghiên cứu còn lại. Nguyên nhân là do, hiệu suất cháy của hai nghiên cứu này MCE < 1 là quá trình cháy âm ỉ, trong khi các nghiên cứu khác là quá trình cháy ngọn lửa với hiệu suất cháy MCE > 1. Hệ số phát thải SO2 và NO2 của các nghiên cứu đều rất thấp.

Có thể thấy rằng, hệ số phát thải phụ thuộc rất nhiều yếu tố như thành phần và độ ẩm nhiên liệu, phương thức đốt, lượng nhiên liệu sử dụng… Do đó, việc so sánh các kết quả của nghiên cứu này với các nghiên cứu khác đã thực hiện tại nhiều nơi khác nhau chỉ mang tính tham khảo và chênh lệch giữa các kết quả cho từng nghiên cứu là có thể chấp nhận được.

Bộ số liệu về hệ số phát thải khi đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng dùng để ước tính mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí khi đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng, để từ đó đưa ra các khuyến cáo bà con nông dân về tác hại tới sức khỏe của mình và tới môi trường không khí. Bộ số liệu hệ số phát thải ngoài hiện trường phù hợp với đồng bằng sông Cửu Long, tại đây hiện nay máy gặp đập liên hợp đang được sử dụng phổ biến, rơm sau khi tuốt từ lúa sẽ được trải đều trên cánh đồng. 3.3. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm MTKK từ hoạt động đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm 3.3.1. Nồng độ các chất ô nhiễm MTKK Các mẫu rơm dùng trong thí nghiệm đốt tại phòng thí nghiệm được lấy cùng thời gian và địa điểm với các mẫu đốt ngoài hiện trường. Sau khi xử lý mẫu (mô tả tại Chương 2 Mục 2.2.3) tiến hành cân mỗi mẫu 2,5 kg để thực hiện đốt trong phòng thí nghiệm. Tên các mẫu được kí hiệu tương tự như kí hiệu mẫu ngoài hiện trường, kết quả thu được như sau: a. Khí CO2 Nồng độ CO2 tại mỗi mẫu và trung bình 3 mẫu được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.27, Bảng 3.28, Bảng 3.29 và Bảng 3.30 dưới đây:

Bảng 3.27. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT1

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 326 586,34 586.340

Bắt đầu đốt 605 1088,12 1.088.120

Sau 15p 2.322 4179,31 4.179.310

Sau 30h 4.594 8269,61 8.269.610

Sau 45p 2.014 3625,19 3.625.190

Kết thúc đốt 502 903,77 903.770

Bảng 3.28. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT2

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 419 754,73 754.730

Bắt đầu đốt 681 1224,96 1.224.960

Sau 15p 3061 5510,45 5.510.450

Sau 30h 4960 8927,37 8.927.370

Sau 45p 2309 4155,82 4.155.820

Kết thúc đốt 792 1425,16 1.425.160

Bảng 3.29. Quy đổi nồng độ CO2 mẫu VT3

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 394 709,48 709.480

Bắt đầu đốt 571 1028,46 1.028.460

Sau 15p 2190 3941,35 3.941.350

Sau 30h 3859 6945,95 6.945.950

Sau 45p 1232 2216,94 2.216.940

Kết thúc đốt 610 1097,26 1.097.260

Bảng 3.30. Quy đổi nồng độ CO2 trung bình của 3 mẫu

Thời gian CO2 (ppm) CO2 (mg/m3) CO2 (µg/m3)

Nền 380 683,52 683.517

Bắt đầu đốt 619 1113,85 1.113.847

Sau 15p 2524 4543,70 4.543.703

Sau 30h 4471 8047,64 8.047.643

Sau 45p 1851 3332,65 3.332.650

Kết thúc đốt 634 1142,06 1.142.063

Từ Hình 3.6 và Bảng 3.30 trên thấy được, nồng độ CO2 dao động trong khoảng 1.113.847 ÷ 8.047.643µg/m3 Sau khi đốt 15 phút, nồng độ CO2 trung bình tăng 3.860.180 µg/m3 so với nồng độ nền. Trong 15 phút đốt tiếp theo, nồng độ CO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 8.047.643 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 11,8 lần. Sau khi đốt 45 phút, nồng độ CO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 2,4 lần và cao hơn nồng độ nền 4,9 lần Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ CO2 trung bình của 3 mẫu cao hơn nồng độ nền 458.540 µg/m3

3

Nồng độ CO2 trong PTN

Hình 3.6. Nồng độ CO2 trong phòng thí nghiệm

b. Khí CO

Nồng độ CO tại mỗi mẫu và trung bình 3 mẫu được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.31, Bảng 3.32, Bảng 3.33 và Bảng 3.34 dưới đây:

Bảng 3.31. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT1

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 4,21 4,80 4.799

Bắt đầu đốt 781,58 891,00 891.001

Đốt được 15p 1062,44 1211,18 1.211.182

Đốt được 30h 1483,27 1690,93 1.690.928

Đốt được 45p 472,71 538,89 538.889

Kết thúc đốt 58,83 67,07 67.066

Bảng 3.32. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT2

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 3,92 4,47 4.469

Bắt đầu đốt 509,16 580,44 580.442

Đốt được 15p 731,82 834,27 834.275

Đốt được 30h 1055,34 1203,09 1.203.088

Đốt được 45p 537,11 612,31 612.305 Kết thúc đốt 101,85 116,11 116.109

Bảng 3.33. Quy đổi nồng độ CO mẫu VT3

Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 4,31 4,91 4.913

Bắt đầu đốt 487,95 556,26 556.263

Đốt được 15p 1009,22 1150,51 1.150.511

Đốt được 30h 1334,53 1521,36 1.521.364 Đốt được 45p 619,34 706,05 706.048

Kết thúc đốt 87,63 99,90 99.898

Bảng 3.34. Quy đổi nồng độ CO trung bình của 3 mẫu Thời gian CO (ppm) CO (mg/m3) CO (µg/m3)

Nền 4,15 4,73 4.727

Bắt đầu đốt 592,90 675,90 675.902 Đốt được 15p 934,49 1065,32 1.065.322 Đốt được 30h 1291,05 1471,79 1.471.793 Đốt được 45p 543,05 619,08 619.081

Kết thúc đốt 82,77 94,36 94.358

Từ Hình 3.7 và Bảng 3.34 trên thấy được, nồng độ CO dao động trong khoảng 94.358 ÷ 1.471.793 µg/m3 Sau khi đốt 15 phút, nồng độ CO trung bình tăng 671.175 µg/m3 so với nồng độ nền. Trong 15 phút đốt tiếp theo, nồng độ CO trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 1.471.793 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 311,2 lần. Sau khi đốt 45 phút, nồng độ CO bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 2,4 lần và cao hơn nồng độ nền 130,9 lần Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ CO trung bình của 3 mẫu cao hơn nồng độ nền 20 lần. Nồng độ CO quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 30.000 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, trong khoảng thời gian từ khi bắt đầu cho đến kết thúc đốt, nồng độ CO phát sinh từ 3 thí nghiệm đều vượt giới hạn cho phép rất nhiều lần.

0

Nồng độ CO trong PTNµg/m3 VT1 VT2 VT3 TB QCVN 05:2013

0 1 2 3 4 5 6 7

Hình 3.7. Nồng độ CO trong phòng thí nghiệm c. Khí SO2 Nồng độ SO2 tại mỗi mẫu và trung bình 3 mẫu được quy đổi về đơn vị mg/m3 và µg/m3 được thể hiện trong Bảng 3.35, Bảng 3.36, Bảng 3.37 và Bảng 3.38 dưới đây: Bảng 3.35. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT1 Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3) Nền 0,053 0,139 139 Bắt đầu đốt 0,053 0,139 139 Đốt được 15p 0,055 0,144 144 Đốt được 30h 0,058 0,152 152 Đốt được 45p 0,056 0,148 148 Kết thúc đốt 0,054 0,142 142

Bảng 3.36. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT2

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3) Nền 0,044 0,115 115

Bắt đầu đốt 0,046 0,121 121 Đốt được 15p 0,051 0,133 133 Đốt được 30h 0,052 0,136 136 Đốt được 45p 0,049 0,129 129

Kết thúc đốt 0,046 0,120 120

Bảng 3.37. Quy đổi nồng độ SO2 mẫu VT3

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3) Nền 0,020 0,053 53

Bắt đầu đốt 0,021 0,055 55 Đốt được 15p 0,026 0,069 69 Đốt được 30h 0,030 0,078 78

Đốt được 45p 0,025 0,065 65

Kết thúc đốt 0,022 0,057 57

Bảng 3.38. Quy đổi nồng độ SO2 trung bình của 3 mẫu

Thời gian SO2 (ppm) SO2 (mg/m3) SO2 (µg/m3)

Nền 0,039 0,102 102

Bắt đầu đốt 0,040 0,105 105

Đốt được 15p 0,044 0,115 115

Đốt được 30h 0,047 0,122 122

Đốt được 45p 0,044 0,114 114 Kết thúc đốt 0,041 0,106 106

Từ Hình 3.8 và Bảng 3.38 trên thấy được, nồng độ SO2 dao động trong khoảng 105 ÷ 122 µg/m3 Sau khi đốt 15 phút, nồng độ SO2 trung bình tăng 13 µg/m3 (~ 12,7%) so với nồng độ nền. Trong 15 phút đốt tiếp theo, nồng độ SO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 122 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 20 µg/m3 (~ 19,6%). Sau khi đốt 45 phút, nồng độ SO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 8 µg/m3 và cao hơn nồng độ nền 12 µg/m3 (~ 11,8%) Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ SO2 trung bình của 3 mẫu cao hơn nồng độ nền 4 µg/m3 (~ 3,9%).

Nồng độ SO2 quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 350 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, trong khoảng thời gian từ khi bắt đầu cho đến kết thúc đốt, nồng độ SO2 phát sinh từ 3 thí nghiệm đều thấp hơn giớ

Bảng 3.39. Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT1

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,035 0,066 66

Bắt đầu đốt 0,038 0,071 71 Đốt được 15p 0,056 0,105 105 Đốt được 30h 0,107 0,201 201 Đốt được 45p 0,065 0,122 122

Kết thúc đốt 0,040 0,075 75

Bảng 3.40. Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT2

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,026 0,048 48

Bắt đầu đốt 0,050 0,094 94 Đốt được 15p 0,097 0,183 183 Đốt được 30h 0,115 0,217 217 Đốt được 45p 0,075 0,141 141

Kết thúc đốt 0,027 0,051 51

Bảng 3.41. Quy đổi nồng độ NO2 mẫu VT3

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3) Nền 0,034 0,064 64

Bắt đầu đốt 0,073 0,138 138 Đốt được 15p 0,111 0,209 209 Đốt được 30h 0,130 0,245 245 Đốt được 45p 0,087 0,163 163

Kết thúc đốt 0,041 0,078 78

Bảng 3.42. Quy đổi nồng độ NO2 trung bình của 3 mẫu

Thời gian NO2 (ppm) NO2 (mg/m3) NO2 (µg/m3)

Nền 0,032 0,059 59

Bắt đầu đốt 0,054 0,101 101 Đốt được 15p 0,088 0,166 166 Đốt được 30h 0,118 0,221 221 Đốt được 45p 0,076 0,142 142 Kết thúc đốt 0,036 0,068 68

Từ Hình 3.8 và Bảng 3.42 trên thấy được, nồng độ NO2 dao động trong khoảng 86 ÷ 221 µg/m3 Sau khi đốt 15 phút, nồng độ NO2 trung bình tăng 107 µg/m3 (~181,4%) so với nồng độ nền. Trong 15 phút đốt tiếp theo, nồng độ NO2 trung bình tại 3 vị trí đạt giá trị cực đại là 221 µg/m3, cao hơn nồng độ nền 162 µg/m3 (~ 274,6%). Sau khi đốt 45 phút, nồng độ NO2 bắt đầu giảm, thấp hơn giá trị cực đại 79 µg/m3 (~ 35,7%) và cao hơn nồng độ nền 83 µg/m3 (~ 140,7%) Tại thời điểm kết thúc đốt, nồng độ NO2 trung bình của 3 mẫu cao hơn nồng độ nền 9 µg/m3 .

Nồng độ NO2 quy định trong QCVN 05:2013 trung bình trong 1 giờ là 200 µg/m3. Từ bảng trên thấy được, tại thời điểm đốt được 30 phút nồng độ trung bình cả 3 mẫu đạt giá trị cực đại, vượt giới hạn cho phép 20 µg/m3 (~ 15,3%).

độ NO2 trong PTN (µg/m3)

QCVN 05:2013

Hình 3.9. Nồng độ NO2 trong phòng thí nghiệm e. Bụi TSP

Nồng độ trung bình của 3 mẫu nằm trong khoảng từ 1.273 ÷ 10.620 µg/m3 Giới hạn cho phép của TSP trung bình trong 1 giờ trong QCVN 05:2013 là 300 µg/m3. Từ hình 3.9 thấy được nồng độ TSP trung bình tại các thời điểm đốt đều vượt quá giới hạn cho phép rất nhiều lần. Giá trị cực đại đạt được tại thời điểm sau khi đốt 1 giờ là 10.620 µg/m3, cao gấp 19,3 lần nồng độ nền và gấp 2,2 lần thời điểm bắt đầu đốt. Giá trị cực tiểu trong suốt quá trình đốt là thời điểm kết thúc đốt, tại thời điểm này nồng độ TSP giảm nhiều về gần với nồng độ môi trường không khí nền (cao hơn nồng độ nên 723 µg/m3) và giảm nhiều so với giá trị cực đại ( giảm 9.347 µg/m3).

1

Nồng độ TSP trong PTN (µg/m3)

4 5 6 7

QCVN 05:2013

Hình 3.9. Nồng độ bụi TSP trong phòng thí nghiệm Nồng độ phát thải của một chất là sự chênh lệch giữa nồng độ đo được từ quá trình đốt với nồng độ chất đó trong không khí môi trường (nồng độ nền). Kết quả nồng độ các chất được trình bày trong Bảng 3.44. Bảng 3.43. Nồng độ phát thải trong phòng thí nghiệm

Kí hiệu mẫu CO2 (mg/m3) CO (mg/m3) SO2 (mg/m3) NO2 (mg/m3) TSP (mg/m3)

0,013 0,135 10,91

0,169 11,52

0,181 7,78

bình 7394,13

0,02 0,162 10,07

Tóm lại, thời gian cháy trung bình của cả 3 mẫu đều khoảng 1 giờ Nồng độ các chất ô nhiễm đạt giá trị cực đại sau 30 phút kể từ khi bắt đầu có ngọn lửa. Do rơm rạ cháy chuyển thành tro, lửa suy tàn dần nên trong 30 phút cháy còn lại, nồng độ các chất ô nhiễm giảm dần từ cực đại cho tới khi nồng độ về gần với nồng độ nền, đây là thời điểm kết thúc quá trình đốt. 3.3.2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm Hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm trong phòng thí nghiệm (CO2, CO, NO2, SO2) được tính theo công thức (2.11):

Ei = 10 3 mfd ∫ AsuCi wi 22.4 tf t0

dt (2.11)

Trong đó:

+ Ei: Hệ số phát thải của chất i

+ mfd: Khối lượng mẫu được sử dụng trong thí nghiệm đốt; mfd = 2,5(����)

+ t0: Thời gian bắt đầu của thí nghiệm đốt; t0 =0(��)

+ tf: Thời gian kết thúc của thí nghiệm đốt; tf =3.600(��)

+ As: Diện tích ống khói (m2); As =9,5 × 10 3 (m2)

+ u: Tốc độ khí trung bình

+ Ci: Nồng độ của chất ô nhiễm

+ wi: Khối lượng phân tử của chất i

a. Khí CO2

Hệ số phát thải khí CO2 khi đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.44 dưới đây:

Bảng 3.44. Các thông số cho tính toán HSPT khí CO2

Vị trí

Vận tốc khí thải (m/s)

Nồng độ khí thải (mg/m3)

Hệ số phát thải EFCO2

VT1 3,5 7683,27 722,61 VT2 4,5 8172,64 988,25 VT3 4,0 6236,47 670,33

b. Khí CO

Hệ số phát thải khí CO khi đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.45 dưới đây: Bảng 3.45. Các thông số cho tính toán HSPT khí CO

Vị trí

Vận tốc khí thải (m/s)

Nồng độ khí thải (mg/m3)

Hệ số phát thải EFCO

VT1 3,5 1686,13 100,91 VT2 4,5 1198,62 92,23 VT3 4,0 1516,45 103,73

c. Khí SO2

Hệ số phát thải khí SO2 khi đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.46 dưới đây:

Vị trí

Bảng 3.46. Các thông số cho tính toán HSPT khí SO2

Vận tốc khí thải (m/s)

Nồng độ khí thải (mg/m3) Hệ số phát thải EFSO2

VT1 3,5 0,013 0,0018

VT2 4,5 0,021 0,0037

VT3 4,0 0,025 0,0039

d. Khí NO2

Hệ số phát thải khí NO2 khi đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.47 dưới đây: Bảng 3.47. Các thông số cho tính toán HSPT khí NO2

Vị trí

Vận tốc khí thải (m/s)

Nồng độ khí thải (mg/m3) Hệ số phát thải EFNO2

VT1 3,5 0,135 0,013 VT2 4,5 0,169 0,021

VT3 4,0 0,181 0,020

e. Bụi TSP

Hệ số phát thải bụi được tính theo công thức (2.10), cụ thể trong bảng 3.48 dưới đây: Ei,j = 1 mfd Asu mk,i v0 ŋ Ti Ts (2.10)

Trong đó: + Ei,j: Hệ số phát thải của bụi + mk,i: Khối lượng bụi + v0: Tốc độ dòng chảy của máy bơm khí + ŋ: Hàm lượng của bụi + Ti: Nhiệt độ không khí xung quanh tuyệt đối + Ts: Nhiệt độ trong ống khói tuyệt đối

Ký hiệu mẫu

Bảng 3.48. Các thông số cho tính toán HSPT bụi TSP

Vận tốc khí (m/s)

Khối lượng bụi TSP trên giấy lọc (g)

Lưu lượng khí thải (lit/min)

Nhiệt độ không khí nền (oC)

Nhiệt độ tại thời điểm đốt (oC)

Hệ số phát thải EFTSP (g/kg)

VT1 3,5 0.0430 12 32 57 1,6

VT2 4,5 0.0483 9 34 59 3,2

VT3 4,0 0.0547 14 35 54 2,3

Hệ số phát thải các chất ô nhiễm khi đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng được tổng hợp trong bảng 3.49 dưới đây: Bảng 3.49. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong phòng thí nghiệm (g/kg)

Kí hiệu mẫu CO2 CO SO2 NO2 TSP

VT1 722,61 100,91 0,0018 0,013 1,6

VT2 988,25 92,23 0,0037 0,021 3,2

VT3 670,33 103,73 0,0039 0,020 2,3

Trung bình 793,73 ±170,48 98,96 ±5,99 0,0031 ±0,0012 0,018 ±0,004 2,4 ±0,8

Từ kết quả cho thấy, hệ số phát thải CO2 nằm trong khoảng 660,33 ÷ 793,73 (g/kg). Hệ số phát thải của CO trong các thí nghiệm dao động từ 92,23 ÷ 103,73 (g/kg). Hệ số phát thải khí NO2 rất nhỏ (0,013 ÷ 0,021 g/kg) do hàm lượng Nito trong rơm chiếm một phần không đáng kể (0,92%) nên khi cháy không sinh ra nhiều khí NO2. Tương tự như NO2, do hàm lượng lưu huỳnh trong rơm rạ không đáng kể nên hệ số phát thải SO2 rất nhỏ (0,0018 ÷ 0,0039 g/kg). Hệ số phát thải TSP nằm trong khoảng 1,6 ÷ 3,2 (g/kg).

Nghiên cứu tiến hành so sánh với các nghiên cứu cùng đối tượng nhằm khảo sát sự khác nhau. Bộ số liệu được thể hiện trong Bảng 3.50: Bảng 3.50. So sánh hệ số phát thải các chất ô nhiễm với các nghiên cứu khác Hệ số phát thải, g/kg TSP CO2 CO NO2 SO2 Nghiên cứu tại Tây Nam Bộ 2,4 793,73 98,96 0,018 0,0031 P.T.Hữu [31] 7,94 841,24 113,93 1,00 0,48 Kim Oanh [3] 20 1147 97 Adreae [32] 13 1515 92 2,5 0,4 Jenkins [33] 1162,15 31,39 2,84 0,62 Cao Guoling [11] 6,28 1674,12 67,98 3,43 0,18 Hefeng Zhang [12] 791,3 64,2 1,81

Từ bảng tổng hợp trên nhận thấy, hệ số phát thải của bụi TSP trong thí nghiệm này thấp hơn so với các thí nghiệm khác, nguyên nhân của sự khác biệt này là do độ ẩm của rơm tại thí nghiệm đốt rơm rạ vùng Tây Nam Bộ tương đối cao (> 50%) dẫn đến quá trình ngưng tụ tạo bụi TSP kém hơn các thí nghiệm khác nên hệ số phát thải bụi TSP thấp hơn. Hệ số phát thải khí CO2 và CO trong thí nghiệm này tương đương với các nghiên cứu khác trong và ngoài nước. Do hàm lượng lưu huỳnh và nito trong rơm rất nhỏ, vì vậy hệ số phát thải của hai chất khí này trong các thí nghiệm đều nhỏ hơn 1. Đối với hệ số phát thải trong phòng thí nghiệm, bộ số liệu này dùng để ước tính mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí khi đốt rơm rạ cho các mục đích đun nấu trong nhà hoặc trong trường hợp không đủ điều kiện thực hiện thí nghiệm đốt ngoài hiện trường. Bộ số liệu trong phòng thí nghiệm phù hợp với khu vực phía Bắc, nơi bà con nông dân vẫn dùng hình thức gặt thủ công bằng tay rồi sau đó sử dụng mát tuốt lúa, do đó rơm sẽ được chất thành đống.

3.4. So sánh nồng phát thải trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường

3.4.1. Nồng độ môi trường không khí trước khi có hoạt động đốt

Yếu tố vi khi hậu trước khi đốt

Nhiệt độ (oC) Tốc độ gió (m/s) Độ ẩm không khí (%)

Hiện trạng môi trường không khí (môi trường nền) trước khi tiến hành thí nghiệm đốt ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm được mô tả trong bảng 3.51 dưới đây: Bảng 3.51. Đặc điểm yếu tố vi khí hậu trước khi có hoạt động đốt Mẫu

PTN NHT PTN NHT PTN NHT

VT1 33,5 27,5 0 1,5 55,4 53,2 VT2 34,7 32,6 0 2,5 52,1 57,8 VT3 33,9 29,8 0 1,6 53,7 52,1

Từ bảng số liệu trên nhận thấy nhiệt độ không khí trước khi đốt trong phòng thí nghiệm cao hơn nhiệt độ không khí trước khi đốt ngoài hiện trường. Nhiệt độ trong phòng thí nghiệm trước khi đốt dao động từ 33,5 ÷ 34,7 0C, trong khi nhiệt độ ngoài hiện trường dao động từ 27,5 ÷ 32,6 0C. Tốc độ gió của hai thí nghiệm có sự chênh lệch, tốc độ gió trong phòng thí nghiệm đều bằng 0 trong khi tốc độ gió ngoài hiện trường dao động từ 1,5 ÷ 2,5 m/s. Nguyên nhân là do khi đốt trong phòng thí nghiệm sử dụng mô hình chụp hút nên không bị ảnh hưởng với tốc độ gió bên ngoài. Tốc độ gió ngoài hiện trường cao hơn, do thí nghiệm đốt trên cánh đồng lớn, xung quanh không có các vật cản gió. Độ ẩm không khí của hai thí nghiệm tương đương nhau.

Mẫu

Bảng 3.52. Nồng độ các chất ô nhiễm trước khi có hoạt động đốt

Nồng độ các chất khí trước khi đốt (µg/m3)

CO2 CO SO2 NO2 TSP

PTN NHT PTN NHT PTN NHT PTN NHT PTN NHT

VT1 586.340 673.200 4.799 4.230 139 26 66 153 590 114

VT2 754.730 723.600 4.469 3.960 115 38 48 115 450 208

VT3 709.480 657.000 4.913 4.870 53 34 64 139 610 195

TB 683.517 684.600 4.727 4.353 102 33 59 136 550 172

QCVN 05 30.000 350 200 300

Nồng độ các khí CO, SO2, NO2 trong môi trường nền ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 05:2013. Nồng độ CO2 và CO nền trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường tương đương nhau. Nồng độ SO2 nền trong phòng thí nghiệm cao gấp 3 lần nồng độ ngoài hiện trường. Với NO2, nồng độ nền của khí này ngoài hiện trường cao gần 2,3 lần trong phòng thí nghiệm Riêng bụi TSP trong môi trường nền trong phòng thí nghiệm vượt quá Quy chuẩn (giá trị trung bình vượt 1,8 lần so với QCVN). Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau này là do Trường Đại học Bách Khoa nằm tại trung tâm thủ đô Hà Nội, nơi có hoạt động kinh tế xã hội phát triển cũng như mạng lưới giao thông dày đặc, vì vậy nồng độ các khí ô nhiễm tại đây tương đối cao. Với thí nghiệm đốt ngoài hiện trường, các thí nghiệm đốt được thực hiện tại các cánh đồng thuộc vùng nông thôn tỉnh An Giang, do đó môi trường không khí nền trong lành hơn.

3.4.2. Nồng độ phát thải trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường.

Bảng 3.53. Nồng độ phát thải NHT và PTN

Nồng độ phát thải của các chất ô nhiễm (mg/m3)

Thí nghiệm

CO2 CO SO2 NO2 TSP

Ngoài hiện trường 126,6 20,43 0,032 0,145 14,26 Phòng thí nghiệm 7394,13 1467,07 0,020 0,162 10,07 Từ số liệu trong Bảng 3.52 trên thấy được, nồng độ các chất ô nhiễm SO2, NO2 và TSP khi đốt rơm rạ trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường tương đương nhau. Tuy nhiên, nồng độ CO2 và CO trong phòng thí nghiệm cao hơn rất nhiều lần so với ngoài hiện trường. Cụ thể nồng độ CO trong phòng thí nghiệm cao gấp 71,8 lần, nồng độ CO2 cao gấp 58,2 lần nồng độ ngoài hiện trường. Nguyên nhân dẫn tới sự chênh lệch này là do trong phòng thí nghiệm sử dụng mô hình chụp hút để thu khí, đường kính ống khói tương đối nhỏ (110 mm), đầu đo của các thiết bị được đặt tại miêng ống khói, khí thải sau khi bay lên sẽ được đo nhanh và hiển thị kết quả trên máy đo. Đối với các mẫu đốt ngoài hiện trường, khí thải sinh ra từ đám cháy sẽ bị gió khuếch tán trong không gian rộng, sau khi bay ra khỏi đám cháy các khí ô nhiễm này lập tức bị pha loãng. Chính vì những lý do đo mà nồng độ các khí ô nhiễm ngoài hiện trường cao hơn nhiều lần so với nồng độ trong phòng thí nghiệm

ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1. Nghiên cứu đã xác định được hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm khi tiến hành đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng. Hệ số phát thải của CO2 dao động từ 1096,37 ÷ 1207,34. Hệ số phát thải của CO trong các thí nghiệm dao động từ 127,17 ÷ 205,91 (g/kg). Hệ số phát thải TSP nằm trong khoảng 54,16 ÷ 101,32 (g/kg). Hệ số phát thải khí NO2 rất nhỏ dao động từ 0,0072 ÷ 0,0109 Hệ số phát thải khí SO2 rất nhỏ dao động từ 4,12×10 4 ÷ 7,21×10 4

2. Nghiên cứu đã xác định được hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm khi tiến hành đốt hở rơm rạ trong phòng thí nghiệm. Hệ số phát thải của CO2 dao động từ 670,33 ÷ 988,25. Hệ số phát thải của CO trong các thí nghiệm dao động từ 92,23 ÷ 100,91 (g/kg). Hệ số phát thải TSP nằm trong khoảng 1,6 ÷ 3,2 (g/kg). Hệ số phát thải khí NO2 rất nhỏ dao động từ 0,013 ÷ 0,0035 (g/kg). Hệ số phát thải khí SO2 rất nhỏ dao động từ 0,0018÷ 0,0035 (g/kg).

KIẾN NGHỊ

Do thời gian không cho phép nên nghiên cứu chỉ được tiến hành tại 3 xã thuộc huyện Châu Thành, tỉnh An Giang vào một mùa vụ (Đông Xuân). Để có bộ số liệu chính xác và hoàn chỉnh hơn cần tiến hành mở rộng quy mô thực hiện đánh giá trong tương lai, đánh giá cả 3 mùa vụ trong năm và thêm một số tỉnh thuộc vùng Tây Nam Bộ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tổng cục thống kê, 2016, Niên giám thống kê tỉnh An Giang.

2. Trần Sỹ Nam, Nhu Nguyễn Thị Huỳnh, Chiếm Nguyễn Hữu, Ngan Nguyễn Võ Chau, Viẹt Le Hoàng, and Ingvorsen Kjeld, 2014. Ước tính lượng và các biện pháp xử lý rơm rạ ở một số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Truờng Đại học Cần Tho, 87 93.

3. Nguyen Thi Kim Oanh, Thuy Ly Bich, Tipayarom Danutawat, Manandhar Bhai Raja, Prapat Pongkiatkul, Simpson Christopher D., and Liu L. J. Sally, 2011. Characterization of particulate matter emission from open burning of rice straw. Atmospheric Environment, 493 502.

4. Hoàng Anh Le, Hạnh Nguyễn Thị Thu, and Linh Le Thùy, 2013. Uớc tính luợng khí phát thải do đốt rom rạ tại đồng ruọng tren địa bàn tỉnh Thái Bình. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học Trái đất và Mo ̂ i truờng, 2, 26 33.

5. Nguyễn Thị Thu Duyên, 2013. Khảo sát tiềm năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tại Đồng Tháp.

6. Cục Thông tin KH & CN quốc gia, 2010. Nguồn phế thải nông nghiệp rơm rạ và kinh nghiệm thế giới về xử lý và tận dụng.

7. Tổng cục thống kê, 2016, Niên giám thống kê. Nhà xuất bản Thống kê

8. Lê Văn Tri, 2012. Chế phẩm vi sinh để xử lý rơm rạ và quy trình xử lý rơm rạ thành phân bón hữu cơ nhờ sử dụng chế phẩm này.

9. Viện dầu khí Việt Nam và Đại học bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2013. Việt Nam có thể sản xuất được 31 triệu tấn dầu sinh học (bio oil)/năm từ rơm rạ.

10. Phạm Thị Thu Hằng, 2006. Dùng rơm rạ để sản xuất điện ở Indonesia và Thái Lan.

11. CAO Guoliang, ZHANG Xiaoye1, GONG Sunling, ZHENG Fangcheng, 2007. Investigation on emission factors of particulate matter and gaseous pollutants from crop residue burning. Journal of Environmental Sciences 20(2008), 50 55

12. Hefeng Zhang, Xingnan Ye, Tiantao Cheng, Jianmin Chen, Xin Yang, Lin Wang, Renyi Zhang, 2008. A laboratory study of agricultural crop residue combustion in China: Emission factors and emission inventory. Atmospheric Environment, Volume 42, Issue 36, 8432 8441.

13. Daniela de Azeredo França , Karla Maria Longo, Turibio Gomes Soares Neto, José Carlos Santos, 2012. Pre-Harvest Sugarcane Burning: Determination of Emission Factors through Laboratory Measurements. Atmosphere 2012, 3(1), 164 180

14. Ann Dennisa, Matthew Fraserb, Stephen Andersonc, David Allena, 2001. Air pollutant emissions associated with forest, grassland, and agricultural burning in Texas. Atmospheric Environment 36 (2002) 3779 3792.

15. Shivraj Sahaia, C. Sharmaa, D.P. Singha, C.K. Dixita, Nahar Singha, P. Sharmaa, 2006. A study for development of emission factors for trace gases and carbonaceous particulate species from in situ burning of wheat straw in agricultural fields in india. Atmospheric Environment 41 (2007) 9173 9186.

16. Butchaiah Gadde, Se´bastien Bonnet, Christoph Menke, Savitri Garivait, 2009. Air pollutant emissions from rice straw open field burning in India, Thailand and the Philippines. Environmental Pollution 157 (2009) 1554 1558.

17. Narisara Thongboonchoo, Wattanachai Chawalitchaichan, and Jiranuch Chinanong, 2011. Emission inventories in Thailand from industrial and biomass burning sector in 2011.

18. Muhammad Irfan, Muhammad Riaz, Muhammad Saleem Arif, 2013. Estimation and characterization of gaseous pollutant emissions from agricultural crop residue combustion in industrial and household sectors of Pakistan. Atmospheric Environment, 189 197.

20. Phạm Thị Mai Thảo, Kiyo H. Kurisu và Keisuke Hanaki, Greenhouse gas emission mitigation potential of rice husks for An Giang province, Vietnam, 2011.

21. Nghiêm Trung Dũng và Nguyễn Việt Thắng, Determination of emission factors for domestic sources using biomass fuels, Journal of science & technology 82A: 32 36, 2011

22. Pham Thi Huu và Nghiem Trung Dung, Emission factor of selected air pollutants from open burning of rice straw, 2012.

23. Nguyễn Mẫu Dũng, 2012. Ước tính lượng khí thải từ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở vùng đồng bằng Sông Hồng. Tạp chí Khoa học và Phát triển, 1, 190 198.

24. Trần Sỹ Nam, Nhu Nguyễn Thị Huỳnh, Chiếm Nguyễn Hữu, Ngan Nguyễn Võ Chau, Viẹt Le Hoàng, and Ingvorsen Kjeld, 2014. Ước tính lượng và các biện pháp

xử lý rơm rạ ở một số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Truờng Đại học Cần Tho, 87 93

25. Nghiêm Trung Dũng, Thủy Lý Bích, Liên Nguyễn Thị Yến, Thủy Nguyễn Thị Thu, Uẩn Đỗ Khắc và Hiền Nguyễn Thị Thu, 2015. Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải phục vụ công tác kiểm kê khí thải. Hội nghị Môi trường toàn quốc

26. US. EPA, 2002. Compilation of Air Pollutant Emission Factors. AP-42 5th Ed.

27. WHO, 1993. Assessment of sources of air, water, and land pollution, A guide to rapid source inventory techniques and their use in formulating environmentel control strategies. Part one: rapid inventory techniques in environmental pollution.

28. UBND tỉnh An giang. Tình hình kinh tế xã hội 5 tháng đầu năm, phương hướng, nhiệm vụ tháng 6 năm 2017. 2017

29. Mai Thị Thu Hương, 2013. Giới thiệu một số giải pháp xử lý rơm rạ.

30. Mai Hồng Phong, 2016. Nghiên cứu xác định hệ số phát thải của bụi từ hoạt động đổt hở rơm rạ. Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam.

31. Phạm Thị Hữu, 2011, Xác định mức độ phát thải một số chất ô nhiễm không khí do đổ hở rơm rạ tại một huyện trồng lúa ở đồng bằng Bắc Bộ. Luận văn thạc sỹ khoa học công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam.

32. M. O. Andreae; P. Merlet (2001), "Emission of trace gases and aerosols from biomass burning", Global Biogeochemical Cycles. 15, 955 966.

33. Jenkins B M, Turn S Q, Williams R B, Goronea M, Abd-al-Fatah H and Mehlschau J et al. (1996), Atmospheric pollutant emission factors from open burning of agricultural and forest biomass by wind tunnel simulations, California Air Resources Board Sacramento.

34. Trần Quang Mạnh, 2016. Xác định mức độ phát thải của một số chất ô nhiễm không khí từ quá trình đốt hở rơm rạ bằng cách quan trắc tại hiện trường. Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam.

35. Jing Li, Yu Bo, Shaodong Xie (2016), “Estimating emissions from crop residue open burning in China based on statistics and MODIS fire products”, Environ. Sci, Vol 44, pp. 158 170 https://maudon.edu.vn/

36 Ranu Gadi, U. C. Kulshrestha, A. K. Sarkar, S. C. Garg và D. C. Parashar, 2011. Emissions of SO2 and NOx from biofuels in India. Tellus B: Chemical and Physical Meteorology vol.55, issue 3, 787-795.

37. Reid J. S., Koppmann R., Eck T. F., and Eleuterio D. P. (2005). A review of biomass burning emissions part II: intensive physical properties of biomass burning particles. Atmospheric Chemistry and Physics, 5: 799 825.

38 Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh An Giang.