Nghiên cứu đánh giá phạm vi phát tán bụi từ lò đốt rác sinh hoạt Phú Sơn ở tỉnh Thừa Thiên – Huế

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, tình trạng gia tăng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) đang gây áp lực đối với công tác thu gom, xử lý ở nước ta. Thiệt hại do ô nhiễm môi trường từ CRTSH không chỉ được tính bằng các chi phí xử lý, khôi phục cảnh quan mà còn bao gồm các chi phí liên quan đến sức khỏe, đời sống sinh hoạt và thu nhập của người dân… Hiện tượng rác thải bị ứ đọng ở một số thành phố và các địa phương đã trở thành vấn đề đáng báo động. Trước thực trạng trên, một số địa phương đã áp dụng công nghệ đốt rác phát điện do có một số ưu điểm như: tận dụng nhiệt, tiết kiệm diện tích, giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp…

Trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế hiện có 2 bãi chôn lấp xử lý rác ở Thủy Phương (Hương Thủy) và Lộc Thủy (Phú Lộc) được đánh giá là hợp vệ sinh tuy nhiên đều đã quá tải. Vì vậy, ngày 5/9/2019 UBND tỉnh Thừa Thiên – Huế ra Thông báo số 315/TB-UBND UBND thống nhất chủ trương triển khai đầu tư Nhà máy xử lý CTRSH công suất 600 tấn/ngày, đêm với công nghệ lò đốt rác phát điện tại Phú Sơn, thị xã Hương Thủy.

Lò đốt rác phát điện có ưu điểm công nghệ xử lý hiện đại, phù hợp, hạn chế phát sinh ô nhiễm môi trường thứ cấp, nhất là đối với địa bàn có du lịch là ngành kinh tế mũi nhọn. Đối với việc xử lý khói thải nhà máy phát điện đốt rác, để phối hợp với phương pháp bán khô, công nghệ khử axit khô, thiết bị lọc bụi sử dụng bộ lọc bụi túi tương ứng có thể nâng cao hiệu suất khử axit và lọc bụi, và cũng loại bỏ một phần kim loại nặng và dioxin/furan còn sót lại (sau hệ thống phun than hoạt tính). Tuy nhiên, trước khi tiến hành lắp đặt và xây dựng, cần nghiên cứu đánh giá phát thải và tác động của khí thải phát sinh sau khi xử lý tại khu vực. Đặc biệt là mức độ và phạm vi phát thải bụi trong trường hợp rủi ro sự cố, khi hệ thống xử lý khói bụi hoạt động không hiệu quả dẫn đến các thiệt hại về môi trường, sức khỏe…

Để phòng ngừa các sự cố môi trường, các nhà khoa học của Viện Vật lý đã thực hiện Nghiên cứu đánh giá phạm vi phát tán bụi từ lò đốt rác sinh hoạt Phú Sơn, tỉnh Thừa Thiên – Huế dựa trên Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm (ENVIM3.0), nhằm xem xét khoảng cách, mức độ, phạm vi phát tán bụi của lò với 2 kịch bản: (1) hệ thống xử lý khói bụi của lò vận hành ổn định; (2) trường hợp sự cố xảy ra với hệ thống xử lý nên hiệu suất xử lý bụi là 0.

Hiện trên thế giới có nhiều công trình khoa học mô phỏng về mức độ phát tán các chất ô nhiễm vào không khí, điển hình như Gauss, Berliand và một số mô hình khác. Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu áp dụng Mô hình khuếch tán không khí ISCST3 do Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA) ban hành, chủ yếu trong nhiều lĩnh vực như: Giao thông, nhiệt điện…

Mô hình hóa ENVIM 3.0 được các nhà khoa học Việt Nam áp dụng là một trong những phương pháp thông dụng trong các nghiên cứu về môi trường để tính toán phạm vi và mức độ ô nhiễm đảm bảo độ chính xác cao. Mô hình ENVIM 3.0 tiếp cận toán học mô phỏng diễn biến chất lượng môi trường nói chung dưới ảnh hưởng của một hoặc tập hợp các tác nhân có khả năng tác động đến môi trường và kiểm soát các nguồn gây ô nhiễm.

Kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng để Nhà máy xây dựng các phương án phòng ngừa ứng phó rủi ro. Bên cạnh đó, cơ quan quản lý nhà nước có thể sử dụng dữ liệu này nhằm xem xét phạm vi/mức độ ảnh hưởng khi có sự cố xảy ra. Đặc biệt, đối với một cơ sở công nghiệp thuộc danh mục IIa (phụ lục kèm theo Nghị định số 40/2019/NĐ-CP) danh mục các loại hình sản xuất công nghiệp có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.

2. Phương pháp và dữ liệu đầu vào

2.1. Phương pháp nghiên cứu

Lò đốt rác Phú Sơn nằm trong Khu xử lý CTR tập trung Phú Sơn, thị xã Hương Thủy với công suất xử lý rác là 600 tấn CTRSH /ngày, đêm, sử dụng lò đốt có ghi lò cơ khí bậc thang và có hệ thống xử lý khói bụi công nghệ kiểm soát NOX sau cháy (SNCR). Để đánh giá tác động từ hoạt động xử lý rác tới môi trường và sức khỏe cộng đồng, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình ENVIM 3.0 để tính toán phát thải bụi theo 2 kịch bản: (1) Khi hệ thống xử lý bụi vận hành ổn định với hiệu suất xử lý đạt khoảng 98%, (2) Khi hiệu suất của hệ thống xử lý là 0. Kết quả cho thấy, khi hệ thống xử lý bụi không hoạt động, nồng độ bụi lớn nhất vượt khoảng 4,6 lần so với QCVN 05:2013/BTNMT, trong khi hệ thống xử lý bụi hoạt động ổn định thì chất lượng khí thải đạt yêu cầu theo quy chuẩn hiện hành.

Toàn bộ quy trình nghiên cứu tuân theo các bước sau: Thu thập và xử lý các dữ liệu liên quan đến quy trình công nghệ đốt rác, xử lý khói bụi; các dữ liệu nền về điều kiện khí tượng, thủy văn, môi trường khu vực nghiên cứu.

Xử lý, chuẩn hóa dữ liệu thô thành dữ liệu đầu vào cho mô hình. Mô phỏng sự khuếch tán của chất ô nhiễm (bụi) từ khí thải lò đốt trong 2 kịch bản.

Xem xét và đánh giá nồng độ và mức độ tác động của bụi đến các khu vực ở các khoảng các khác nhau, đặc biệt chú ý đến các đối tượng nhạy cảm xung quanh. Cuối cùng đưa ra các khuyến cáo cần thiết dựa trên kết quả tính toán của mô hình.

2.2. Dữ liệu đầu vào

Các dữ liệu phục vụ chạy mô hình bao gồm các thông số thiết kế của lò đốt rác, tải lượng phát thải dự tính được lấy từ Báo cáo thuyết minh thiết kế cơ sở của Dự án “Nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt Phú Sơn, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên – Huế”. Các số liệu về tốc độ gió, hệ số khuếch tán được tham khảo từ Trạm khí tượng thủy văn Hương Thủy.

Ống khói của Nhà máy dự kiến được xây dựng với đường kính 2 m, chiều cao 80 m. Lưu lượng khí đạt được là 179.280 m3/h và nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói là 1900C với tốc độ phụt ở miệng khói là 15,8m/s.

Nồng độ bụi trước xử lý được lấy từ một dự án tương tự là Nhà máy xử lý CTR Phú Sơn với số liệu về lượng phát thải nguồn trước xử lý là 8.000 mg/Nm3. Yêu cầu về nồng độ bụi sau xử lý theo QCVN 61-MT:2016/BTNMT 3.

Ngoài ra, các số liệu về tốc độ gió, hệ số khuếch tán được tham khảo từ Trạm khí tượng thủy văn Hương Thủy được đo với tần suất 6h một lần (4 lần trong ngày là các giờ: 1h, 7h, 13h và 19h) được ghi trong file dữ liệu của 3 năm liên tục từ 2018 – 2020.

Trên cơ sở các dữ liệu có được, 2 kịch bản tính toán sự phát tán khí thải được đề xuất như sau:

Kịch bản 1: Nhà máy hoạt động 100% công suất, hệ thống xử lý bụi 50% hiệu suất thiết kế và chấp nhận nồng độ các chất ô nhiễm đúng bằng nồng độ cho phép theo QCVN 61-MT:2016/BTNMT.

Kịch bản 2: Nhà máy hoạt động đúng công suất. Tuy nhiên, hệ thống xử lý bụi có sự cố và tính toán với trường hợp bất khả thi nhất là hiệu suất xử lý bụi = 0.

Bảng 1. Tổng hợp kết quả tính toán tải lượng chất ô nhiễm tại 2 kịch bản

Việc tính toán xác định nồng độ các chất ô nhiễm từ nguồn thải được thực hiện theo chế độ: chế độ tức thời tương đương với nống độ trung bình 1h và chế độ trung bình tương đương với nồng độ trung bình 24h theo quy định của QCVN 05-2013/BTNMT. Sự khuếch tán các chất ô nhiễm từ nguồn thải được tính toán với điều kiện khí tượng của huyện Hương Thủy.

Nghiên cứu tính toán bụi phát sinh từ hệ thống xử lý khí thải của Nhà máy trong 2 trường hợp, theo hai hướng gió chủ đạo tương ứng với hai mùa đặc trưng (mùa Đông và mùa Hè).

2.3. Cơ sở mô hình tính toán phát tán chất ô nhiễm trong môi trường khí

Để đánh giá mức độ tác động của các chất ô nhiễm tới môi trường xung quanh trong quá trình hoạt động của lò đốt, xác định nồng độ bụi, khí thải trung bình theo thời gian đối với các khu vực nằm cuối hướng gió chủ đạo so với nguồn thải được tính toán theo mô hình khuếch tán chất ô nhiễm ENVIM 3.0.

Với nguồn thải là các nguồn điểm (ống khói), hệ toạ độ không gian ba chiều được thiết lập như sau: lấy vị trí nguồn thải làm gốc toạ độ, hướng theo vệt khói là trục x (trùng với hướng gió thổi), vuông góc với hướng gió là trục y và theo chiều đứng là trục z. Phương trình khuyếch tán theo hàm Gauss của nguồn thải để xác định nồng độ chất ô nhiễm trung bình ổn định theo thời gian sẽ phụ thuộc vào cường độ thải của nguồn, tốc độ gió, chiều cao hiệu quả của nguồn thải và điều kiện khí quyển khu vực.

Từ các điều kiện trên, phương trình tính toán nồng độ chất ô nhiễm “C” tại một điểm bất kỳ có toạ độ (x, y, z) được xác định như sau:

Trong đó:

H: chiều cao ống khói

u- vận tốc gió, m/s (đo tại trạm khí tượng).

M – Tải lượng của chất ô nhiễm từ nguồn thải (mg/s)

3. Kết quả và thảo luận

Chi tiết tính toán phân bố nồng độ các chất ô nhiễm theo từng kịch bản như sau: Kịch bản 1 (khi hệ thống lò đốt hoạt động ổn định và hệ thống xử lý các chất ô nhiễm hoạt động theo đúng thiết kế):

Nồng độ bụi phát sinh ở khoảng cách 1,5km về mùa Hè và về mùa Đông tại khu dân cư gần nhất lần lượt là 0,0020 mg/m3 và 0,0022 mg/m3 thấp hơn giới hạn cho phép. Chứng tỏ hệ thống xử lý bụi và khí thải của Nhà máy hoạt động hiệu quả xử lý triệt để chất ô nhiễm phát sinh không gây ô nhiễm môi trường.

Khi lò đốt rác Phú Sơn hoạt động theo Kịch bản 1 hệ thống xử lý các chất ô nhiễm hoạt động theo đúng thiết kế, bụi có mức độ ô nhiễm nhỏ và thấp hơn nhiều lần so với nồng độ cho phép tương ứng.

Kịch bản 2 (khi hệ thống lò đốt hoạt động ổn định và theo đúng định mức nhưng các chất ô nhiễm sinh ra không được xử lý):

Vào mùa Đông nồng độ bụi lớn nhất là 2,51 mg/m3 ở khoảng cách 1000m, ở khoảng cách 1,5km có nồng độ 1,46 mg/m3 vượt giới hạn cho phép 4,9 lần. Vào mùa Hè nồng độ bụi lớn nhất là 2,36 mg/m3 ở khoảng cách 1000m và ở khoảng cách 1,5km có nồng độ 1,39 mg/m3.

Đối với Kịch bản 2, khi hệ thống xử lý bụi có sự cố, mức độ ô nhiễm bụi rất lớn và nồng độ lớn nhất trung bình giờ có thể vượt khoảng 4,6 lần tiêu chuẩn.

Nhận xét: Khu vực có nồng độ các chất ô nhiễm lớn tính theo khoảng cách từ 1km đến khoảng 1,5km so với ống khói của nhà máy tùy theo điều kiện vận hành và thời tiết. Trong khoảng cách này là khu dân cư thôn 4, xã Thủy Phù, thị xã Hương Thủy phía Đông Nam dự án sẽ là đối tượng chịu tác động trực tiếp từ quá trình vận hành Nhà máy trong cả hai trường hợp: Khi hệ thống xử lý bụi gặp rủi ro (tác động mang tính chất đột ngột) và hệ thống vận hành ổn định (tác động tích lũy). Ngoài ra, các đối tượng khác như công nhân vận hành cũng chịu ảnh hưởng bất lợi khi có sự cố, tuy nhiên mức độ không lớn. Tuy nhiên, khu dân cư thôn 4, xã Thủy Phù cách dự án 1,5km, vì vậy đảm bảo khoảng cách an toàn đến nhà máy Phú Sơn theo đúng quy định của QCXDVN 01: 2008/BXD.

4. Kết luận, kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc ứng dụng công nghệ xử lý rác hiện đại (đốt rác phát điện) thay thế cho việc chôn lấp là việc làm cần thiết ở nước ta hiện nay, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm diện tích đất, phù hợp với một thành phố du lịch – thương mại – dịch vụ, điển hình như tỉnh Thừa thiên – Huế. Tuy nhiên, cần phải xây dựng phương án phòng ngừa sự cố môi trường, đánh giá chi tiết đối với các loại chất thải đầu ra, đặc biệt là bụi để xem xét sự phù hợp với các tiêu chuẩn quy chuẩn hiện hành.

Ứng dụng mô hình ENVIM3, nhằm xem xét khoảng cách, mức độ, phạm vi phát tán bụi của lò đốt rác Phú Sơn theo 2 kịch bản: (1) hệ thống xử lý khói bụi của lò đốt ổn định; (2) trường hợp hiệu suất xử lý bụi = 0. Điều kiện khí tượng của khu vực lò đốt lấy tại Trạm Khí tượng thủy văn Hương Thủy.

Theo kết quả 2 kịch bản cho thấy, khi lò đốt rác Phú Sơn hoạt động theo Kịch bản 1 hệ thống xử lý các chất ô nhiễm hoạt động theo đúng thiết kế, bụi có mức độ ô nhiễm nhỏ và thấp hơn nhiều lần so với nồng độ cho phép tương ứng.

Đối với Kịch bản 2, khi hệ thống xử lý bụi có sự cố, mức độ ô nhiễm bụi rất lớn và nồng độ lớn nhất trung bình giờ có thể vượt khoảng 4,6 lần tiêu chuẩn.

Kiến nghị: Nhà máy xử lý rác sinh hoạt Phú Sơn cần phải xây dựng các biện pháp phòng ngừa ứng phó sự cố, đặt biệt là đối với bụi trước khi đi vào vận hành chính thức. Trong đó, thực hiện giám sát online và truyền dữ liệu trực tiếp về cơ quan quản lý theo đúng quy định tại Nghị định số 40/2019/NĐ-CP ngày 13/5/2019. Đồng thời, đề nghị Nhà máy có biên bản cam kết với cơ quan chức năng nếu để xảy ra sự cố sẽ tiến hành bồi thường thiệt hại theo nồng độ và vùng phát tán như tính toán ở trên. Nhà máy phải đảm bảo khoảng cách an toàn từ Nhà máy đến các khu dân cư theo đúng quy định của QCXDVN 01: 2008/BXD.

Tài liệu tham khảo

[1] Dương Ngọc Bách, Phạm Ngọc Hồ và nnk, 2017, Mô phỏng ô nhiễm từ cụm nhà máy nhiệt điện Na Dương tới chất lượng không khí xung quanh, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, số 1S, 172-178

[2] Công ty TNHH Năng lượng môi trường EB Cần Thơ, Báo cáo hoàn thành công trình báo vệ môi trường Nhà máy xử lý chất thải rắn Cần Thơ, 2020.

[3] Ngô Trà Mai, Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa xây dựng bản đồ phân vùng ô nhiễm bụi chì từ Nhà máy sản xuất ắc quy GS, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 2 (162), 27-31, 2017.

Nguyễn Thị Thúy Hằng, Ngô Trà Mai, Khuất Thị Hồng, Hà Thị Hiền, Nguyễn Trọng Dũng, Nguyễn Hùng Sơn

Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam