Kiểm kê phát thải và mô hình hóa lan truyền bụi đốt rơm rạ trên địa bàn Thành phố Hà Nội

Khí thải phát sinh từ các hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng là một trong những nguồn phát thải gây ô nhiễm cục bộ và ảnh hưởng tới nhiều khu vực lân cận. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kiểm kê khí thải để tính toán tổng lượng bụi (PM10 và PM2.5) phát sinh do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn thành phố Hà Nội, năm 2021. Mô hình lan truyền không khí AERMOD được sử dụng để tính toán lan truyền bụi do hoạt động này gây nên trong khu vực nghiên cứu. Kết quả cho thấy năm 2021 lượng PM10 và PM2.5 phát sinh trong vụ Đông Xuân lần lượt là 1750,17tấn và 1557,14tấn; trong vụ Hè Thu lần lượt là 199,41 tấn và 177,42 tấn. Theo kết quả mô hình AERMOD, bụi trong không khí gây ảnh hưởng tới chất lượng không khí của các khu vực lân cận, đặc biệt là khu vực phía nam thành phố với mức phát thải PM10 và PM2.5 trung bình ngày (24h) cao nhất vụ Đông Xuân lần lượt là 18,3 µg/m3, 16,3 µg/m3 và vụ Hè Thu lần lượt là 8,49 µg/m3, 7,55 µg/m3.

​1. Đặt vấn đề

Khí thải phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ sau thu hoạch là một trong những nguồn phát thải lớn, gây ô nhiễm cục bộ và ảnh hưởng tới nhiều khu vực lân cận [1]. Các nguồn đốt này phát sinh lượng lớn PM10 và PM2.5, là những thông số có tiềm năng gây hại lớn cho sức khỏe cộng đồng [2], [3]. Năm 2015, PM2.5 trong môi trường không khí xung quanh được công bố là yếu tố có nguy cơ gây tử vong đứng thứ năm [4]. Hoạt động đốt rơm rạ đã có xu hướng giảm trong những năm gần đây, tuy nhiên vẫn là một trong những nguồn đóng góp PM lớn tại Hà Nội [5]. Ngoài ra, các số liệu kiểm kê khí thải có ảnh hưởng nhiều bởi việc sử dụng nhiều hệ số phát thải khác nhau và không dành riêng cho hoạt động đốt rơm rạ tại Việt Nam. Vì vậy, trong nghiên cứu này, kết quả kiểm kê và mô hình hóa lan truyền ô nhiễm đối với PM10 và PM2.5 nhằm đưa ra lượng khí thải phát sinh tính theo hệ số phát thải riêng và các vùng chịu ô nhiễm do hoạt động đốt rơm rạ trên địa bàn Hà Nội. Nghiên cứu này là một phần nội dung thuộc đề tài “Integration of Emission Inventory and Modeling (ADMS) Tools on Measuring Air Pollution Levels from Rice Straw Open Burning in Ha Noi and Proposal of Mitigation Measures” được tài trợ bởi Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST).

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp tổng hợp tài liệu

Hoạt động thống kê và xử lý số liệu về sản lượng lúa và tỉ lệ đốt rơm rạ phân theo cấp quận/huyện được kế thừa từ Đề tài “Cập nhật số liệu kiểm kê phát thải do hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng tại các quận/huyện trên địa bàn Thành phố Hà Nội” của Chi cục Bảo vệ môi trường Hà Nội.

​2.2. Phương pháp kiểm kê

Khí thải (PM10 và PM2.5) từ hoạt động đốt rơm rạ được ước tính dựa trên sản lượng lúa và hệ số phát thải tương ứng, theo công thức tính toán như sau:

Trong đó:
– EIi: Lượng khí thải của chất ô nhiễm i (trong nghiên cứu này i là PM10 hoặc PM2.5) (g);
– Pi: Sản lượng lúa (kg);
– Ni: Tỉ lệ rơm rạ theo sản lượng lúa lúc vừa thu hoạch;
– Di: Tỉ trọng khô của rơm rạ sau thời gian phơi ngoài đồng ruộng;
– Bi: Tỉ lệ rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng (%);
– hi: Hiệu suất đốt cháy rơm rạ (%);
– EFi: Hệ số phát thải chất ô nhiễm i từ đốt rơm rạ (g/kg).

Cụ thể, sản lượng lúa (Pi) và tỉ lệ rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng (Bi) năm 2021 tại Hà Nội được kế thừa từ nghiên cứu trước đây [1]. Hệ số phát thải đối với hoạt động đốt rơm rạ tại Việt Nam và các thông số khác có sự thay đổi theo mùa vụ, cụ thể như trong Bảng 1.

Bảng1. Các thông số sử dụng trong tính toán lượng PM10 và PM2.5 theo mùa

​2.3.Phương pháp mô hình hóa

Nghiên cứu sử dụng mô hình tính toán lan truyền chất ô nhiễm AERMOD, với miền tính toán được chia thành các ô lưới vuông đều nhau, kích thước 3 km × 3 km, chiều ngang 28 ô lưới và chiều dọc 32 ô lưới bao phủ toàn bộ thành phố Hà Nội. Mỗi ô lưới được gán giá trị phát thải cho từng ô theo số liệu kiểm kê, tương ứng là một nguồn thải. Ngoài ra, các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình lan truyền bụi như yếu tố địa hình được cập nhật từ mô hình và các yếu tố khí tượng (bao gồm nhiệt độ, tốc độ gió, hướng gió) được thu thập từ trạm quan trắc khí tượng tại sân bay Nội Bài.

3.Kết quả nghiên cứu

3.1.Kết quả kiểm kê khí thải

Kết quả kiểm kê được trình bày trong Bảng 2 cho thấy, lượng khí thải (PM10 và PM2.5) phát sinh do đốt rơm rạ sau thu hoạch của vụ Đông Xuân cao hơn nhiều so với vụ Hè Thu (khoảng 8,7 lần). Trong đó, PM10 phát sinh vào vụ Đông Xuân là 1750,17 tấn, lượng phát sinh vào vụ Hè Thu là 199,41 tấn. Tương tự, hoạt động đốt rơm rạ vụ Đông Xuân phát sinh 1557,14 tấn PM2.5, trong khi con số này là 177,42 tấn đối với vụ Hè Thu.

Để phù hợp với việc mô hình hóa lan truyền bụi, kết quả kiểm kê được chia theo từng ô lưới tương ứng với miền tính toán của mô hình AERMOD.

Bảng2. Kết quả kiểm kê PM10 và PM2.5 từ hoạt động đốt rơm rạ tại Hà Nội

​3.2.Kết quả lan truyền ô nhiễm bụi

Kết quả từ mô hình AERMOD cho thấy, trong vụ Đông Xuân, hướng lan truyền bụi (PM10 và PM2.5) chủ yếu là hướng Đông Nam, tương ứng với hướng gió chính tại khu vực Hà Nội trong thời gian đốt rơm rạ sau thu hoạch (Hình 1). Giá trị nồng độ PM10 và PM2.5 trung bình ngày (24h) lớn nhất tương ứng là 18,3 µg/m3 và 16,3 µg/m3. Theo đó, quá trình lan truyền bụi chủ yếu ảnh hưởng đến các huyện Mỹ Đức, Phú Xuyên, Thường Tín.

Đối với vụ Hè Thu, kết quả mô hình hóa cũng cho thấy giá trị nồng độ PM10 và PM2.5 trung bình ngày (24h) lớn nhất thấp hơn khoảng 2 lần so với vụ Đông Xuân, tương ứng lần lượt là 8,49 µg/m3 và 7,55 µg/m3. Theo đó, vùng ô nhiễm chủ yếu là Đông Anh. Ngoài ra, các quận nội thành tuy không gieo trồng lúa nhưng vẫn bị ảnh hưởng gián tiếp bởi hoạt động đốt rơm rạ này.

Mô hình AERMOD cho kết quả vùng chịu ảnh hưởng bởi lan truyền bụi phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ trên địa bàn Hà Nội năm 2021 tương tự với vùng ảnh hưởng được tính toán cho năm 2020 bởi mô hình ADMS [1].

4. Kết luận

Bằng việc sử dụng phương pháp kiểm kê khí thải với hệ số phát thải dành riêng cho hoạt động đốt rơm rạ tại Việt Nam, nhóm tác giả đã ước tính trong năm 2021, PM10 và PM2.5 phát sinh từ hoạt động này trên địa bàn Hà Nội trong vụ Đông Xuân lần lượt là 1750,17 tấn và 1557,14 tấn; trong vụ Hè Thu lần lượt là 199,41 tấn và 177,42 tấn. Theo kết quả mô hình hóa của mô hình AERMOD, bụi trong không khí lan truyền gây ảnh hưởng tới chất lượng không khí tại Hà Nội, đặc biệt là khu vực phía đông nam thành phố với mức phát thải PM10 và PM2.5 trung bình ngày (24h) cao nhất vụ Đông Xuân lần lượt là 18,3 µg/m3, 16,3 µg/m3 và vụ Hè Thu lần lượt là 8,49 µg/m3, 7,55 µg/m3. Tuy kết quả cho thấy nồng độ bụi không vượt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng môi trường không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT) nhưng các quận/huyện có diện tích gieo trồng lúa thấp, hoặc không gieo trồng lúa, vẫn bị ảnh hưởng bụi từ hoạt động đốt rơm rạ, là một trong những nguồn đóng góp vào ô nhiễm không khí khu vực nội đô.

Kim Minh Thúy(1,2); Hoàng Anh Lê(*1);
Nguyễn Ngọc Hưng(2); Phạm Thu Huyền(1), Bùi Hoài Nam(3)

(1) Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
(2) Công ty TNHH Tư vấn kỹ thuật, thiết bị và Công nghệ môi trường Nguyễn Gia
(3) Viện Khoa học Môi trường

Tài liệu tham khảo

[1] H. A. Le, D. M. Phuong, and L. T. Linh, “Emission inventories of rice straw open burning in the Red River Delta of Vietnam: Evaluation of the potential of satellite data,” Environ. Pollut. Barking Essex 1987, vol. 260, p. 113972, May 2020, doi: 10.1016/j.envpol.2020.113972.

[2] K. Balakrishnan et al., “The impact of air pollution on deaths, disease burden, and life expectancy across the states of India: the Global Burden of Disease Study 2017,” Lancet Planet. Health, vol. 3, no. 1, pp. e26–e39, Jan. 2019, doi: 10.1016/S2542-5196(18)30261-4.

[3] X. Chen, S. Shao, Z. Tian, Z. Xie, and P. Yin, “Impacts of air pollution and its spatial spillover effect on public health based on China’s big data sample,” J. Clean. Prod., vol. 142, no. Part 2, pp. 915–925, Jan. 2017, doi: 10.1016/j.jclepro.2016.02.119.

[4] Cohen A.J., Brauer M., Burnett R., Anderson H.R., Frostad J., Estep K., Balakrishnan K., Brunekreef B., Dandona L., Dandona R., et al., “Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: An analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015.” 2017.

[5] P. Chau-Thuy, L. Bich-Thuy, N. Trung-Dung, P. Thi Hong-Phuong, M. Nguyen-Thi, and Ning Tang, “Emission factors of selected air pollutants from rice straw burning in Hanoi, Vietnam,” Air Qual. Atmosphere Health, doi: doi.org/10.1007/s11869-021-01050-6.

[6] M. D. Nguyen, “Estimation of air pollutant emission from rice straw combustion in the open air in Red River Delta,” J. Sci. Dev., vol. 10, no. 1, pp. 190–198, 2012.

[7] H. A. Le, T. T. H. Nguyen, and T. L. Le, “Estimated gas emission from burning rice straw in open fields in Thai Binh province,” Sci. J. Vietnam Natl. Univ., vol. 29, no. 2, pp. 26–33, 2013.

[8] Nguyễn T. Q. H., Hoang A. L., and Tran V. A., “Ước tính tổng lượng khí thải từ hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn thành phố Hà Nội,” Tạp Chí Nông Nghiệp Và Phát Triển, vol. 16, no. 5, Art. no. 5, Oct. 2017.

[9] P.-T. Hong Phuong, T.-D. Nghiem, P.-T. Mai Thao, and T.-D. Nguyen, “Emission factors of selected air pollutants from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam,” Atmospheric Pollut. Res., vol. 13, no. 3, p. 101353, Mar. 2022, doi: 10.1016/j.apr.2022.101353.

[10] N. T. K. Oanh et al., “Characterization of particulate matter emission from open burning of rice straw,” Atmospheric Environ. Oxf. Engl. 1994, vol. 45, no. 2, pp. 493–502, Jan. 2011, doi: 10.1016/j.atmosenv.2010.09.023.