(Luận Văn Thạc Sĩ Công Nghệ Môi Trường) Dự Báo Tải Lượng Và Đánh Giá Sự Lan Truyền Của Một Số Chất Ô Nhiễm Không Khí (Ch4, H2S) Từ Các Bcl Tạm Tại Xã Vũ Oai, Thành Phố Hạ Long, Tỉnh Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HàC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HàC VIỆN KHOA HàC VÀ CÔNG NGHỆ -

Vj Thß H°¡ng

DỰ BÁO TẢI L¯ỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ LAN TRUYỀN

CÁC BÃI RÁC TẠM THÞI TẠI XÃ Vi OAI, THÀNH PHÞ HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH

LU¾N VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ MÔI TR¯ÞNG

Bắc Ninh - 2023

1.1 Táng quan về điều kián tự nhiên, kinh t¿, xã hội khu vực nghiên cÿu 3

1.2 Tình hình ô nhißm CH4, H2S tā các BCL t¿m thßi trên Th¿ Giới 6

1.3 Tình hình ô nhißm CH4, H2S tā các BCL t¿m thßi t¿i Viát Nam 12

1.4 Táng quan về mô hình mô hình LandGEM và AERMOD 18

1.4.1 Tổng quan về mô hình LandGem 18

1.4.2 Tổng quan về mô hình AERMOD 22

1.4.2 1 Đặc trưng của mô hình AERMOD 26

1.4.2.2 Phương trình phân tán chủ đạo của AERMOD 27

1.5 Āng dụng cÿa mô hình AERMOD và LandGEM trong đánh giá sự lan truyền các chất ô nhiễm 35

Ch°¢ng 2 : Đối t°ÿng và ph°¢ng pháp nghiên cÿu 39

2.2 Ph°¢ng pháp nghiên cÿu: 41

2.2.1 Phương pháp điều tra, phỏng vấn thu thập tài liệu sơ cấp: 41

2.2.2 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 41

2.2.3 Phương pháp mô hình hóa 41

2.2.4 Phương pháp phân tích số liệu và tổng hợp kết quả 42

2.2.5 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 42

2.3 Thi¿t k¿ khu vực tính toán và đặc điểm các hố rác 42

2.4 Ph°¢ng án thi¿t k¿ miền tính và l°ới môi tr°ßng (receptor grids) 44

2.5 Các dữ liáu đ°ÿc sử dāng trong mô phỏng 46

ii

2.6 Xây dựng các kßch bÁn mô phỏng 55

2.6.1 Đề xuất các giả thiết mô phỏng quá trình lan truyền các chất ô nhiễm… 55

2.6.2 Kịch bản tính toán quá trình lan truyền 56

Ch°¢ng 3 K¿t quÁ và thÁo lu¿n 59

3.1 Kết quả tính toán tải lượng phát sinh các khí thải từ các BCL chất thải… 59

3.2 Đánh giá và dự báo sự khu¿ch tán của CH4 và H2S t¿i thßi điểm hián t¿i& 66

3.2.1 Khuếch tán CH4 (Metan) trong không khí 67

3.2.2 Khuyếch tán Hydrogen Sulfide (H2S) trong không khí 72

3.3 Đánh giá và dự báo sự khu¿ch tán của CH4 và H2S năm 2027 76

3.4 Khu vực có nßng độ ô nhißm cao nh¿t 81

K¿t lu¿n và ki¿n nghß 84

TÀI LIàU THAM KHÀO 85

iii

DANH MĀC TĀ VI¾T TÀT

Organic Compounds

Hợp chÃt hữu c¢ phi metan

TAMP The Air Pollution Model Mô hình ô nhißm không

khí

iv

v

DANH MĀC HÌNH

Hình 1 1 Vị trí địa lý thành phố H¿ Long 3

Hình 1 2 BÁn đß Xã Vũ Oai nhìn từ vá tinh 4

Hình 1 3 Giao dián ph¿n mềm LandGem 18

Hình 1 4 S¢ đß cÃu trúc mô hình AERMOD 24

Hình 1 5 Cách tiếp cận hai tr¿ng thái cāa mô hình AERMOD 27

Hình 1 6 Cÿm khí tăc thái và cÿm khí trung bình chung trong CBL 29

Hình 1 7 S¢ đß quá trình xử lý dữ liáu cāa AERMET 34

Hình 2 1 Vị trí các BCL t¿m thuộc xã Vũ Oai, thành phố H¿ Long 39

Hình 2 2 Các khu vực lân cận xung quanh các BCL 39

Hình 2 3 Thiết kế vị trí biên cāa khu vực chôn lÃp CTR cāa công ty

INDEVCO và vị trí các BCL trên mô hình tính toán 43

Hình 2 4 Thiết kế miền tính, l°ßi môi tr°áng 45

Hình 2 5 Biên tính tỷ lá Bowen và suÃt phân chiếu Albedo trên nền Ánh vá tinh 45 Hình 2 6 Hoa gió táng hợp (thái gian 1/2018-12/2020) t¿i vị trí dự án 47

Hình 2 7 Hoa gió 4 mùa Xuân, H¿, Thu, Đông trong khoÁng thái gian từ 1/2018-12/2020 48

Hình 2 8 Tốc độ gió trong thái gian c¢ sã từ 1/2018-12/2020 49

Hình 2 9 Nhiát độ trung bình các tháng từ T1/2018 – T12/2020 (°C) 51

Hình 2 10 Măc độ phân bố m°a t¿i khu vực 52

Hình 2 11 Biểu đß phân bố m°a trong giai đo¿n c¢ sã T1/2018 -T1/2020 (đ¢n vị mm/hr) 52

Hình 2 12 BÁn đß địa hình khu vực dự án trên miền tính 53

Hình 2 13 Phối cÁnh 3D toàn bộ dự án và các vùng lân cận 54

Hình 2 14 Dữ liáu thÁm phā bề mặt 55

Hình 3 1 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 1 (tÃn/năm) 63

Hình 3 2 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 1 (m3/năm) 63

Hình 3 3 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 2 (tÃn/năm) 64

Hình 3 4 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 2 (m3/năm) 64

Hình 3 5 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 3 (tÃn/năm) 65

Hình 3 6 Măc độ phát thÁi t¿i BCL t¿m số 3 (m3/năm) 65

vi

Hình 3 7 Kịch bÁn năm 2023 – Nßng độ Metan trung bình 1h cao nhÃt (1Hr Rank) 68 Hình 3 8 Kịch bÁn năm 2023 - Nßng độ Metan trung bình 1h cao nhÃt trên nền bÁn đß vá tinh (1Hr Rank 1) 68 Hình 3 9 Kịch bÁn năm 2023 -Nßng độ Metan trung bình 24h cao nhÃt 69 Hình 3 10 Kịch bÁn năm 2023- Nßng độ Metan trung bình 1 giá ã phân vị thă 99 (99th Percentile) 70 Hình 3 11 Kịch bÁn năm 2023- Nßng độ Metan trung bình 24 giá ã phân vị thă 99 (99th Percentile) 70 Hình 3 12 Kịch bÁn năm 2023 Nßng độ Metan trung bình năm 71 Hình 3 13 Kịch bÁn năm 2023 -Nßng độ H2S trung bình 1 giá lßn nhÃt (Rank 1) 73 Hình 3 14 Kịch bÁn năm 2023 - Nßng độ H2S trung bình 24 giá lßn nhÃt (Rank 1) 73 Hình 3 15 Kịch bÁn năm 2023 - Nßng độ H2S trung bình 1 giá lßn phân vị thă 99th 74 Hình 3 16 Kịch bÁn năm 2023 - Nßng độ H2S trung bình 24 giá lßn phân vị thă 99th 74 Hình 3 17 Kịch bÁn năm 2023 Nßng độ H2S trung bình năm 75 Hình 3 18 Kịch bÁn năm 2027 – Nßng độ Metan trung bình 1h cao nhÃt (1Hr Rank 1) 76 Hình 3 19 Kịch bÁn năm 2027 – Nßng độ Metan trung bình 24h cao nhÃt 77 Hình 3 20 Kịch bÁn năm 2027 Nßng độ Metan trung bình năm 77 Hình 3 21 Kịch bÁn năm 2027 -Nßng độ Metan trung bình 1 giá ã phân vị thă 99 (99th Percentile) 78 Hình 3 22 Kịch bÁn năm 2027- Nßng độ Metan trung bình 24 giá ã phân vị thă 99 (99th Percentile) 78 Hình 3 23 Kịch bÁn năm 2027 -Nßng độ H2S trung bình 1 giá lßn nhÃt (Rank 1) 79 Hình 3 24 Kịch bÁn năm 2027 - Nßng độ H2S trung bình 24 giá lßn nhÃt (Rank 1) 79 Hình 3 25 Kịch bÁn năm 2027 -Nßng độ H2S trung bình 1 giá lßn phân vị thă 99th 80

BÁng 1 2 Giá trị công suÃt phát sinh khí metan tiềm năng (k) 20

BÁng 1 3 Tham số công suÃt t¿o khí Metan tiềm năng (L0) 20

BÁng 2 1 BÁng táng hợp l°ợng rác đã chăa cāa các BCL (tÃn) 43

BÁng 2 2 Vị trí địa gißi chi tiết BCL số 1,2,3 43

BÁng 2 3 Dữ liáu thống kê tốc độ gió từ 1/2018-12/2020 49

BÁng 2 4 Táng hợp các thí nghiám mô phỏng quá trình lan truyền các chÃt ô nhißm trong giai đo¿n thử nghiám 57

BÁng 3 1 TÁi l°ợng một số khí thÁi phát sinh từ BCL t¿m số 1 vào năm 2023, 2027 60

BÁng 3 2 TÁi l°ợng một số khí thÁi phát sinh từ BCL t¿m số 2 vào năm 2023, 2027 61

BÁng 3 3 TÁi l°ợng một số khí thÁi phát sinh từ BCL t¿m số 3 vào năm 2023, 2027 62

BÁng 3 4 BÁng so sánh tÁi l°ợng khí thÁi CH4, H2S phát sinh t¿i một số BCL đã công bố trên Thế Gißi 66

BÁng 3 5 Táng hợp nßng độ cao nhÃt cāa khí thÁi trong môi tr°áng d°ßi tác động cāa các BCL rác t¿m vào thái điểm năm 2023 89

BÁng 3 6 Táng hợp nßng độ cao nhÃt cāa khí thÁi trong môi tr°áng d°ßi tác động cāa các BCL rác t¿m 91

1

Mà ĐÀU

Cùng vßi sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hóa và công nghiáp hóa nhanh chóng, khối l°ợng chÃt thÁi rắn đô thị phát sinh đã tăng m¿nh trong 30 năm trã l¿i đây, và chắc chắn sẽ tiếp tÿc tăng Hián t°ợng nóng lên toàn c¿u đang đ°ợc cÁ thế gißi đặc biát quan tâm, bãi hàng lo¿t chÃt gây ô nhißm không khí (khí nhà kính, khí gây mùi, PCDD/Fs, kim lo¿i nặng, PM, v.v.) thÁi ra từ quá trình xử lý và tiêu hāy rác thÁi đã trã thành một trong những vÃn đề đ°ợc quan tâm hàng đ¿u Các ngußn ô nhißm không khí đáng kể nói trên, làm dÃy lên mối lo ng¿i lßn về tác động bÃt lợi cāa chúng đối vßi chÃt l°ợng không khí xung quanh và săc khỏe

cộng đßng

Viác quÁn lý chÃt thÁi này đã trã thành một vÃn đề lßn do các ho¿t động quÁn lý chÃt thÁi yếu kém ChÃt thÁi rắn (CTR) phát sinh đ°ợc đá vào các bãi rác lộ thiên mà h¿u nh° không có bÃt kỳ sự phân lo¿i và xử lý nào Carbon dioxide (CO2), mêtan (CH4) và nit¢ oxit (N2O) là những khí nhà kính chính đ°ợc thÁi ra

từ các bãi chôn lÃp (BCL) do sự phân hāy sinh học cāa chÃt hữu c¢

Nhiều nghiên cău chỉ ra rằng tình tr¿ng chÃt l°ợng không khí ã vùng lân cận bãi rác, nhằm xác định các Ánh h°ãng có thể có cāa các thông số thái tiết đến sự thay đái nßng độ các chÃt ô nhißm không khí từ bãi rác thÁi t¿m ChÃt l°ợng không khí các thông số đ°ợc xác định bao gßm NO2, l°u huỳnh dioxit (SO2), CH4, chÃt hữu c¢ dß bay h¢i hợp chÃt (VOCs), amoniac (NH3), và hydro sunfua (H2S) Các thông số thái tiết đ°ợc kiểm tra bao gßm nhiát độ, độ ऀm t°¢ng đối,

h°ßng gió, tốc độ gió,…

Năm 2018, Bộ Tài nguyên và Môi tr°áng đã có Công văn số

3680/BTNMT-TCMT về viác công bố báo cáo hián tr¿ng môi tr°áng quốc gia Theo đó, cÁ n°ßc có khoÁng 660 BCL chÃt thÁi rắn sinh ho¿t, nh°ng chỉ có 203 BCL hợp vá sinh, 2/3 các bãi còn l¿i không đÁm bÁo các quy chuऀn cāa Bộ TNMT Các BCL CTR là một trong số những tác nhân gây ô nhißm môi tr°áng không khí nghiêm trọng Thành phố H¿ Long, tỉnh QuÁng Ninh là địa danh đã rÃt quen thuộc vßi du lịch Viát Nam, và tÃt yếu cāa sự phát triển là sự gia tăng chóng mặt về CTR Điều đó lí giÁi cho viác hình thành rÃt nhiều BCL t¿m ã thành phố H¿ Long Để đáp ăng nhu c¿u trung chuyển tr°ßc khi xử lý, viác hình thành các hố rác t¿m

là điều c¿n thiết

Viác đánh giá chÃt l°ợng không khí dựa theo ph°¢ng pháp tr°ßc đây chỉ

2

mang cÃp độ số liáu, t¿i vị trí lÃy mẫu, tuy nhiên ngày nay cùng vßi sự phát triển m¿nh mẽ cāa công nghá mô hình lan truyền ô nhißm AERMOD và mô hình LandGem đã giúp chúng ta đánh giá một cách táng quát về băc tranh toàn cÁnh vÃn đề ô nhißm Theo công văn số: 3051/BTNMT-TCMT cāa Táng cÿc môi tr°áng về viác h°ßng dẫn kỹ thuật xây dựng kế ho¿ch quÁn lý chÃt l°ợng môi tr°áng không khí cÃp tỉnh - về tăng c°áng kiểm soát ô nhißm môi tr°áng không khí h°ßng dẫn thực hián viác lựa chọn, áp dÿng mô hình khuếch tán để mô phỏng, đánh giá dißn biến chÃt l°ợng môi tr°áng không khí theo không gian và thái gian vßi các kịch bÁn quÁn lý chÃt l°ợng môi tr°áng không khí khác nhau Theo đó vßi quy mô tỉnh, thành phố, một số kiểu mô hình khuếch tán có thể xem xét để lựa chọn áp dÿng - AERMOD (U.S EPA Regulatory Model); Mô hình khuếch tán tr¿ng thái án định điều đó chăng tỏ hiáu quÁ dự báo cāa mô hình AERMOD

Mô hình LandGEM (Landfill Gas Emissions Model) cāa C¢ quan BÁo vá môi tr°áng Hoa Kỳ (US-EPA) đ°ợc ăng dÿng rộng rãi để tính toán l°ợng phát thÁi khí nhà kính từ ho¿t động chôn lÃp rác thÁi Trong đó mô hình AERMOD là mô hình tính toán khÁ năng lan truyền chÃt ô nhißm trong khu không khí, đánh giá đ°ợc ph¿m vi Ánh h°ãng dựa trên điều kián khí t°ợng, địa hình Từ quy mô BCL, l°ợng chÃt thÁi và kết hợp 2 mô hình này giúp các nhà khoa học c¢ quan quÁn lý nhà n°ßc dự báo đ°ợc l°ợng phát thÁi và ph¿m vi Ánh h°ãng cāa BCL, từ đó có chính sách quÁn lý giÁm thiểu phù hợp Để có cái nhìn táng thể h¢n về tác động cāa một số chÃt ô nhißm không khí, về quy mô và ph¿m vi cāa các tác động, nhằm đ°a ra các giÁi pháp bÁo vá môi tr°áng có tính táng thể là c¿n thiết và cÃp bách tôi lựa chọn đề tài: <Dự báo tÁi l°ợng và đánh giá sự lan truyền cāa một số chÃt ô nhißm không khí (CH4, H2S) từ các BCL t¿m t¿i xã Vũ Oai, thành phố H¿ Long, tỉnh QuÁng Ninh=

4

Hình 1 2 BÁn đß Xã Vũ Oai nhìn tā vá tinh b Đßa hình, đßa m¿o

Thành phố nằm dọc theo bá Vịnh H¿ Long vßi chiều dài 50 km, cách 19 thā đô Hà Nội 165 km về phía Tây, thành phố cÁng HÁi Phòng 60 km về phía Tây Nam, cửa khऀu Móng Cái 184 km về phía Đông Bắc, phía nam thông ra Biển Đông=

Thành phố H¿ Long có địa hình đa d¿ng và phăc t¿p, đây cũng là một trong những khu vực hình thành lâu đái nhÃt trên lãnh thá Viát Nam, địa hình ã đây bao gßm cÁ đßi núi, thung lũng, vùng ven biển và hÁi đÁo, đ°ợc chia thành 3 vùng rõ rát gßm có: Vùng đßi núi bao bọc phía bắc và đông bắc, vùng ven biển ã phía nam quốc lộ 18A cuối cùng là vùng hÁi đÁo.Trong đó, vùng đßi núi bao bọc phía bắc và đông bắc, vßi độ cao trung bình từ 150 mét đến 250 mét, ch¿y dài từ Yên Lập đến Hà Tu, đỉnh cao nhÃt là 504 mét Dãy đßi núi này thÃp d¿n về phía biển, độ dốc trung bình từ 15-20%, xen giữa là các thung lũng nhỏ hẹp thă hai là vùng ven biển ã phía nam quốc lộ 18A, độ cao trung bình từ 0.5 đến 5 mét Cuối cùng là vùng hÁi đÁo bao gßm toàn bộ vùng vịnh, vßi g¿n hòn đÁo lßn nhỏ, chā yếu là đÁo đá Kết cÃu địa chÃt cāa thành phố H¿ Long chā yếu là đÃt sỏi s¿n, cuội sỏi, sa th¿ch, cát sét án định và có c°áng độ chịu tÁi cao, từ 2.5 đến 4.5 kg/cm²,

+ Chế độ gió – bão: Do đặc điểm vị trí địa lý, ã H¿ Long có 2 lo¿i gió: gió mùa Đông bắc và gió Tây nam Tốc độ gió trung bình năm 2,8 m/s, h°ßng gió m¿nh nhÃt là Tây nam 45 m/s Là vùng biển kín, H¿ Long ít chịu Ánh h°ãng cāa các c¢n bão lßn, săc gió m¿nh nhÃt là cÃp 9 Tuy nhiên những trận m°a bão lßn th°áng gây ra thiát h¿i, đặc biát là các khu vực ven biển 20

+ Thuỷ văn: <Các sông chính chÁy qua địa phận Thành phố gßm có các sông Dißn Vọng, Vũ Oai, Man, Trßi, cÁ 4 sông này đều đá vào vịnh Cửa Lÿc rßi chÁy ra vịnh H¿ Long Riêng sông Míp đá vào hß Yên Lập Các con suối chÁy dọc s°án núi phía nam thuộc ph°áng Hßng Gai, Hà Tu, Hà Phong CÁ sông và suối ã thành phố H¿ Long đều nhỏ, ngắn, l°u l°ợng n°ßc không nhiều Vì địa hình dốc nên khi có m°a to, n°ßc dâng lên nhanh và thoát ra biển cũng nhanh= Chế độ thuỷ triều cāa vùng biển H¿ Long, chịu Ánh h°ãng trực tiếp cāa chế độ

6

nhật triều vịnh Bắc Bộ, biên độ dao động thuỷ triều trung bình là 3.6m Nhiát độ n°ßc biển ã lßp bề mặt trung bình là 180C đến 30.80C, độ mặn n°ßc biển trung bình là 21.6% (vào tháng7) cao nhÃt là 32.4% (vào tháng 2 và 3 hằng năm)

d Đặc điểm kinh t¿-xã hội

C¢ cÃu kinh tế thành phố H¿ Long: - Th°¢ng m¿i – dịch vÿ chiếm 54.1%

- Công nghiáp – Tiểu thu công nghiáp chiếm 45.1% - Nông lâm – Thāy sÁn chiếm 0.8%

Các ho¿t động du lịch đ°ợc đặc biát quan tâm; nhiều ch°¢ng trình văn hóa nghá thuật đ°ợc tá chăc, nhiều đ¿u t° về du lịch cāa các nhà đ¿u t° lßn đ°ợc triển khai góp ph¿n đa d¿ng hóa sÁn phऀm du lịch Công tác quÁn lý môi tr°áng kinh doanh du lịch đ°ợc duy trì; đßng thái thực hián các giÁi pháp nhằm phát triển du lịch bền vững, t¿o chuyển biến tích cực về chÃt l°ợng du lịch QuÁng Ninh nói chung và H¿ Long nói riêng Nhiều dự án lßn đ°ợc triển khai và hoàn thián, tiêu biểu là viác xây dựng và hoàn thián cao tốc H¿ Long – Vân Đßn, cÁng hàng không quốc tế Vân Đßn,… tá chăc thành công nhiều sự kián nh° Dißn đàn du lịch ASEAN AFT 2019, Năm du lịch quốc gia và Carnaval H¿ Long 2018,… thu hút sự quan tâm cāa thế gißi cũng nh° khách du lịch

Ho¿t động th°¢ng m¿i phát triển nhanh, c¢ sã h¿ t¿ng phÿc vÿ th°¢ng m¿i đ°ợc đ¿u t° đ°a vào ho¿t động, nh°: Há thống chợ truyền thống, siêu thị Metro, Big C, Khu tá hợp Marine Plaza, Vincom, Táng măc bán lẻ hàng hóa và dịch vÿ tiêu dùng xã hội tăng bình quân 18,4%/năm Chống buôn lậu, hàng giÁ, gian lận th°¢ng m¿i, vá sinh an toàn thực phऀm đ°ợc chú trọng Xúc tiến th°¢ng m¿i, hỗ trợ doanh nghiáp đ°ợc quan tâm Giao thông - vận tÁi có b°ßc phát triển m¿nh Nhiều công trình quan trọng đ°ợc đ¿u t°, nâng cÃp, đ°a vào sử dÿng đã kết nối, mã rộng không gian đô thị, nâng cao đái sống nhân dân Các lo¿i hình vận tÁi (xe buýt liên tuyến và nội thị, tàu khách thāy, thāy phi c¢, ) phát triển, c¢ bÁn đáp ăng nhu c¿u vận chuyển hàng hóa, khách du lịch và đi l¿i cāa nhân dân

1.2 Tình hình ô nhißm CH4, H2S tā các BCL t¿m thßi trên Th¿ Giới

Các BCL chÃt thÁi rắn t¿m thái là một trong những tác nhân gây ô nhißm môi tr°áng không khí nghiêm trọng Các khí thÁi phát sinh từ BCL chăa rÃt nhiều lo¿i khí thÁi khác nhau mà thành ph¿n chính là khí gốc Metan, gốc sunfua và các chÃt hữu c¢ bay h¢i khác Các khí ô nhißm khuếch tán vào trong môi tr°áng một

7

cách dß dàng thông qua nhiều c¢ chế khác nhau: khí hậu, địa hình…

Quá trình phân hāy kỵ khí các chÃt hữu c¢ trong BCL đã t¿o thành một l°ợng lßn khí sinh vật nh° CO2, CH4, NH3, H2S, các chÃt hữu c¢ bay h¢i,… Nếu không đ°ợc thu gom để xử lý và tái sử dÿng năng l°ợng, các lo¿i khí trên sẽ gây ô nhißm nặng nề đến môi tr°áng, đặc biát là CO2 và CH4 gây Ánh h°ãng đến khí hậu do <Hiáu ăng nhà kính=

Các phÁn ăng sinh học trong bãi chôn lÃp là nhá vào hai kết quÁ nh° sau cāa các phÁn ăng

• àn định thành ph¿n chÃt hữu c¢ có trong rác thÁi và nhá vậy sẽ lo¿i trừ khÁ năng gây Ánh h°ãng cāa chúng

• Chuyển hoá ph¿n lßn các chÃt có chăa cabon và protein thành khí, cho phép giÁm bßt đáng kể khối l°ợng và thể tích thành ph¿n hữu c¢

CÁ hai quá trình hiếu khí và kị khí th°áng dißn ra tu¿n tự tr°ßc sau trong một bãi chôn lÃp, trong quá trình phân huỷ hiếu khí xÁy ra tr°ßc quá trình phân huỷ kị khí Mặc dù cÁ hai quá trình phân huỷ sinh học này đều quan trọng, nh°ng phân huỷ kị khí gây ra những Ánh h°ãng lßn h¢n và lâu dài h¢n thể hián thông qua đặc tr°ng bãi chôn lÃp

Bãi vì ngußn oxy trong bãi chôn lÃp sßm c¿n kiát, h¿u hết chÃt hữu c¢ dß phân huỷ cuối cùng sẽ bị phân huỷ kị khí Quá trình phân huỷ kị khí sinh học t°¢ng tự nh° quá trình phân huỷ kị khí bùn thÁi Các vi khuऀn tham gia vào quá trình phân huỷ kị khí bao gßm: vi khuऀn kị khí tuỳ nghi và vi khuऀn kị khí bắt buộc Những sÁn phऀm phân huỷ có thể phân lo¿i thành hai nhóm chính: những acid hữu c¢ dß bay h¢i và khí H¿u hết những acid có mùi khó chịu và các acid béo m¿ch ngắn Ngoài những phÁn ăng hóa học vßi những thành ph¿n khác acid còn là c¢ chÃt cho vi khuऀn cho vi khuऀn t¿o ra khí mêthane Hai khí chā yếu sinh ra CH4 và CO2 Những khí ã d¿ng vết là H2S, hydrogen (H2) và nitrogen (N2)

BÁn chÃt, tốc độ, và măc độ cāa các quá trình phân huỷ sinh học trong bãi chôn lÃp bị Ánh h°ãng lßn bãi những nhân tố môi tr°áng có Ánh h°ãng lên tÃt cÁ các ho¿t động cāa VSV BÁn chÃt cāa quá trình phân huỷ sinh học quyết định bÁn chÃt cāa những sÁn phऀm cāa quá trình phân huỷ trong những thông số, tốc độ phân huỷ quyết định khoÁng thái gian c¿n thiết phÁi giám sát bãi chôn lÃp sau khi chÃm dăt ho¿t động và thái gian c¿n thiết để quá trình phân huỷ án định hoàn toàn

Nhiều nghiên cău chuyên sâu về chÃt l°ợng không khí (CLKK) xung quanh khu vực BCL rác thÁi đã đ°ợc thực hián ã nhiều quốc gia trên thế gißi Các ph°¢ng pháp đánh giá chā yếu đ°ợc sử dÿng thông qua số liáu quan trắc, tính toán bằng mô hình hóa Những năm g¿n đây, xu h°ßng đánh giá sử dÿng các chỉ số đánh giá táng hợp CLKK dựa vào các số liáu tính đ°ợc từ số liáu quan trắc và mô hình khuếch tán ngày càng đ°ợc công bố rộng rãi Một số nghiên cău điển hình t¿i một số n°ßc phÁi kể đến là Mỹ, Ân Độ, Litva…Nội dung nghiên cău t°¢ng đối đa d¿ng bao gßm những vÃn đề về xu thế biến đái cāa CLKK, khí độc, xung quanh khu vực BCL đối vßi săc khỏe con ng°ái và há sinh thái, xây dựng

há thống quÁn lý chÃt l°ợng môi tr°áng dựa vào ph°¢ng pháp mô hình hóa Theo [1] l°ợng khí thÁi CH4 và CO2từ một bãi rác ã đông bắc Ân Độ °ßc

9

tính bằng cách sử dÿng bußng thông l°ợng từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 8 năm 2016 Nghiên cău này cho thÃy tỷ lá phát thÁi trung bình cāa CH4 và CO2 là 68 và 92 mg/phút/m2 L°ợng khí thÁi cao nhÃt vào mùa hè trong khi thÃp nhÃt vào mùa đông Sự biến đái ngày đêm cāa l°ợng phát thÁi cho thÃy l°ợng phát thÁi tuân theo xu h°ßng t°¢ng tự nh° nhiát độ trong tÃt cÁ các mùa Há số t°¢ng quan cāa CH4và nhiát độ mùa hè, gió mùa và mùa đông l¿n l°ợt là 0,99; 0,87 và 0,97 Metan đo đ°ợc trong nghiên cău này có giá trị t°¢ng đ°¢ng các nghiên cău khác trên thế gißi Ph°¢ng pháp (MTM), mô hình IPCC và mô hình phát thÁi khí bãi rác USEPA (LandGEM) đã đ°ợc sử dÿng để dự đoán l°ợng phát thÁi CH4 trong nghiên cău Đặc biát nghiên cău này nhÃn m¿nh t¿m quan trọng cāa thành ph¿n phân hāy sinh học cāa chÃt thÁi và khí t°ợng, đßng thái chỉ ra những h¿n chế cāa

các mô hình phát thÁi bãi rác đ°ợc sử dÿng rộng rãi

Một nghiên cău khác cāa [2] nhÃn m¿nh rằng các BCL xếp thă ba trong số

các ngußn khí mê-tan do con ng°ái t¿o ra trong khí quyển, điều này khiến chúng trã nên quan trọng trong viác tính toán l°ợng khí CH4 toàn c¿u Nghiên cău này có giá trị quan trọng trong viác tìm ra sự phát thÁi khí metan từ hai BCL ã thành phố Dhaka bằng cách sử dÿng các mô hình dự đoán khác nhau cùng vßi phép đo t¿i chỗ Nghiên cău này cũng đã sàng lọc một ph°¢ng pháp °ßc tính phù hợp trong số sáu mô hình dự đoán khí mêtan nái tiếng Ph°¢ng pháp đo trực tiếp (In-situ) khí CH4 (CH4: 19,02 Gg/năm) và mô hình Land-GEM-V-3.02 (SP1) (CH4: 25,95 Gg/năm) cho kết quÁ °ßc l°ợng rÃt g¿n

Rõ ràng chúng ta nhận thÃy nßng độ CH4 phát sinh trong các BCL chiếm °u thế hoàn toàn Một nghiên cău khác cāa nhóm nhà khoa học ã Iceland đã thực hián so sánh nßng độ CH4đo đ°ợc thực tế t¿i BCL và khi họ thực hián mô hình

hóa IPCC FOD khí thÁi này có sự khác biát không quá lßn Theo [3] tỷ lá phát

thÁi CH4 trung bình đo đ°ợc từ các BCL là 32,5 kg CH4 h21 (Fíflholt), 40,8 kg CH4 h21 (Gufunes), 475,4 kg CH4 h-1 (bãi rác Álfsnes), 9,8 kg CH4 h21(Kirkjuferjuhjáleiga ) và 78,4 kg CH4 h21 (Stekkjarvík) T¿i ba BCL(Álfsnes, Fíflholt và Kirkjuferjuhjáleiga), l°ợng phát thÁi theo mô hình cao h¢n l°ợng phát thÁi đo đ°ợc theo há số từ 1,1 đến 4,8, bỏ qua mọi quá trình oxy hóa CH4 trong lßp đÃt phā Mặt khác, l°ợng khí thÁi đo đ°ợc t¿i năm BCL là đ¿i dián cho tÃt cÁ rác thÁi đ°ợc xử lý ã Iceland từ năm 2007 đến năm 2016, l°ợng phát thÁi đo đ°ợc sẽ đ°ợc ngo¿i suy thành 817 kg CH4 h21, t°¢ng đối g¿n vßi l°ợng phát thÁi quốc

10

gia theo mô hình là 936 kg CH4h21 vào năm 2017 Nghiên cău này cho thÃy viác áp dÿng mô hình IPCC FOD ã cÃp quốc gia là phù hợp để °ßc tính l°ợng phát thÁi CH4 t¿i BCL ã Iceland Nghiên cău cũng đề xuÃt đ°ợc các bián pháp giÁm thiểu l°ợng khí thÁi CH4từ các BCL ã Iceland bằng cách mã rộng hoặc triển khai há thống thu gom khí hoặc há thống che phā sinh học để tối °u hóa quá trình oxy

hóa vi sinh vật

T¿i California, một nhóm nghiên cău g¿n đây [4] cũng đã đánh giá l°ợng

khí thÁi CH4từ các BCL ã California bằng các ph°¢ng pháp thử nghiám, kiểm kê và lập mô hình đßng thái Thông l°ợng đo đ°ợc dao động từ 23,7 đến 828 g/m2-

ngày và th°áng giÁm từ lßp phā hàng ngày đến lßp phā trung gian đến lßp phā cuối cùng Lßp phā đÃt sét có độ dẻo cao có độ chÁy thÃp nhÃt L°ợng phát thÁi toàn bộ khu vực dao động từ 406 đến 47.414 tÃn/năm (11.368 đến 1.327.592 tÃn CO2-eq./năm) và chā yếu là các lßp phā trung gian có dián tích bề mặt t°¢ng đối cao ¯ßc tính l°ợng phát thÁi từ các thử nghiám bußng thông l°ợng và Mô hình kiểm kê khí mêtan t¿i BCL California (CALMIM) có quá trình oxy hóa là t°¢ng tự và thÃp, trong khi l°ợng phát thÁi từ các phép đo trên không và CALMIM không có quá trình oxy hóa là t°¢ng tự và cao Các phân tích kiểm kê đã cung cÃp l°ợng phát thÁi trung gian và một mô hình chùm tia Gaussian mßi dựa trên các phép đo quang phá kế vòng xuống khoang mặt đÃt đã cung cÃp l°ợng phát thÁi cao nhÃt Và các bián pháp đ°ợc đ°a ra chính là có thể đऀy nhanh tiến độ từ các khu vực che phā t¿m thái đến các khu vực che phā vĩnh vißn và các lßp phā bằng

vật liáu thô h¢n có thể đ°ợc sửa đái bằng các h¿t nhựa để giÁm l°ợng khí thÁi

Các chÃt thÁi đ°ợc phân huỷ có thể kéo dài trong nhiều năm vì thành ph¿n chÃt thÁi rắn là không đßng nhÃt Một số chÃt thÁi có tính chÃt hữu c¢ thậm chí có thể tßn t¿i và không bị biến đái qua hàng trăm năm Điển hình nh° những tá báo đ°ợc chôn lÃp cách đây 40 năm vẫn có thể đọc đ°ợc Chính vì lẽ đó mà BCL đ°ợc xem nh° n¢i tập hợp cāa hỗn hợp các chÃt thÁi vßi măc độ phân hāy khác nhau, khiến chúng càng khó kiểm soát h¢n

[5] Hydro sunfua trong khí bãi rác, đ°ợc hình thành do quá trình phân hāy sinh học cāa chÃt thÁi rắn đô thị, là thành ph¿n có mùi chính trong bãi chôn lÃp Nó tiềm ऀn nguy c¢ đối vßi con ng°ái và gây ra các vÃn đề về mùi cũng nh° sự phàn nàn cāa ng°ái dân g¿n các bãi chôn lÃp Nhiều nghiên cău đã đ°ợc tiến hành về chÃt l°ợng khí bãi rác Ngoài ra, nhiều công nghá kiểm soát H2S khác nhau đã

11

đ°ợc sử dÿng trong các lĩnh vực công nghiáp khác nhau Tuy nhiên, rÃt hiếm có đánh giá toàn dián về vÃn đề H2S trong khí bãi rác Hiểu biết về sự hình thành H2S gặp phÁi trong khí bãi rác và l°ợng phát thÁi t¿i thái điểm nó xÁy ra sẽ giúp đánh giá rāi ro và các vÃn đề

Các bãi chôn lÃp là ngußn phát sinh mùi hôi, khí nhà kính, chÃt ô nhißm có h¿i, sâu bánh, tiếng ßn và rác thÁi Để giÁm tác động đến các cộng đßng lân cận, các c¢ sã chôn lÃp phÁi giÁm phát thÁi các lo¿i khí vi l°ợng H2S và CH4 Tuy nhiên, tr°ßc tiên c¿n có sự hiểu biết toàn dián về sự biến đái không gian cāa cÁ hai chÃt gây ô nhißm t¿i các bãi chôn lÃp để có đ°ợc băc tranh rõ ràng về l°ợng

phát thÁi t¿i các bãi chôn lÃp Nghiên cău [6] này đã đo tỷ lá pha trộn cāa H2S và CH4t¿i hai bãi chôn lÃp ã Bang New York (Bãi chôn lÃp Fresh Kills và Bãi chôn lÃp Seneca Meadows) vào tháng 11 năm 2021 bằng ph°¢ng pháp dựa trên tia laser đ°ợc triển khai trong phòng thí nghiám di động Thông l°ợng phát thÁi H2S đ°ợc °ßc tính dựa trên tính toán cân bằng khối l°ợng Tỷ lá pha trộn cao nhÃt cāa cÁ H2S và CH4 đ°ợc đo t¿i Bãi rác Fresh Kills, l¿n l°ợt lên tßi 7 ph¿n tỷ (ppb) và ~140 ph¿n triáu (ppm), tuy nhiên các giá trị này dẫn đến tỷ lá ΔH2S/ΔCH4thÃp, ã khoÁng 5,2 ± 2,6 × 1025 mol mol21 và dòng phát thÁi H2S là 0,02 ± 0,01 mg m22ngày21 Tỷ lá ΔH2S/ΔCH4 cao nhÃt đ°ợc quan sát thÃy t¿i Bãi rác Seneca Meadows là 8,6 ± 4,3 × 1024 mol mol21 và mang l¿i °ßc tính thông l°ợng phát thÁi H2S là 17,7 ± 12,9 mg m22ngày21 Sự thay đái về tỷ lá pha trộn và tỷ lá ΔH2S/ΔCH4đo đ°ợc t¿i các bãi chôn lÃp có thể là do nhiều yếu tố khác nhau, bao gßm ho¿t động và thiết kế cāa c¢ sã, tuái bãi chôn lÃp, khí t°ợng, lo¿i chÃt thÁi và măc độ pH, nh°ng c¿n phÁi đo thêm nhiều ngày ã mỗi bãi chôn lÃp để xác định cÁi thián các °ßc tính phát thÁi và xác định lý do chính xác và kiên quyết h¢n đằng sau những thay đái này

Một nghiên cău phát sinh H2S từ bãi chôn lÃp rác đô thị và đánh giá há

thống ô nhißm bãi chôn lÃp khác [7] â Litva, l°ợng rác thÁi đang tăng lên hàng

năm Theo chiến l°ợc quốc gia, tÃt cÁ chÃt thÁi phÁi đ°ợc xử lý t¿i các bãi chôn lÃp mßi trong khu vực Các bãi chôn lÃp gây ô nhißm môi tr°áng vßi n°ßc rỉ rác, khí bãi rác và mùi hôi Khí bãi rác bao gßm các hợp chÃt có mùi và một trong số đó là hydro sunfua (H2S) H2S có độc tính cao và Ánh h°ãng đến há th¿n kinh vßi ng°ỡng thÃp Vì viác t¿o ra khí bãi rác và n°ßc rỉ rác đã đ°ợc nghiên cău rộng rãi tr°ßc nghiên cău này nên không c¿n thiết phÁi cung cÃp các nghiên cău mßi về

12

chúng Các phép đo về sự t¿o ra H2S đ°ợc cung cÃp t¿i bãi rác Jerubaiciai Đối vßi các phép đo đ°ợc sử dÿng ph°¢ng pháp đo <t¿i chỗ=, các phép đo đ°ợc cung cÃp bằng thiết bị GD/MG 7, t¿i 51 điểm đo và 2 giếng quan trắc, vào các mùa khác nhau trong năm Kết quÁ đo đ¿c cho thÃy, l°ợng H2S thay đái ã các khu vực bãi chôn lÃp khác nhau và trong các mùa khác nhau Kết quÁ cāa mô hình phân tán đ¿t đ°ợc vßi mô hình phân tán AERMOD, đ°ợc cung cÃp trong điều kián thái tiết yên tĩnh và gió chiếm °u thế trong phiên đó, tốc độ và h°ßng mùa đông, trong các mùa khác nhau trong năm cho thÃy H2S lây lan từ bãi rác ã khoÁng cách xa nhÃt từ khu vực bãi rác trong mùa hè (g¿n nh° ã khoÁng cách bằng 2,5 km nßng độ H2S đều cao h¢n nßng độ cao nhÃt cho phép) Vào mùa thu và mùa xuân, khoÁng cách này là 1,5 km và vào mùa đông là 800 m

Trong quá trình tìm hiểu các nghiên cău về đánh giá CLKK xung quanh BCL rác thÁi cāa các quốc gia trên thế gißi, đặc biát là cách tiếp cận và ph°¢ng pháp luận xây dựng các mô hình kiểm kê phát thÁi, mô hình lan truyền chÃt ô nhißm, xây dựng chỉ số đánh giá CLKK,… có thể cho thÃy rằng đây là các nghiên cău không còn mßi mẻ vßi các quốc gia phát triển tiên tiến trên thế gißi Tuy nhiên, ã Viát Nam, các nghiên cău về chỉ số đánh giá CLKK hay kiểm kê phát thÁi còn h¿n chế Ngoài ra, đánh giá CLKK xung quanh BCL rác thÁi cho một khu vực đố thị bằng ph°¢ng pháp mô hình hóa ã Viát Nam nói chung và thành phố H¿ Long nói riêng còn gặp nhiều h¿n chế do khó khăn trong viác xây dựng c¢ sã dữ liáu phát thÁi đ¿u vào

1.3 Tình hình ô nhißm CH4, H2S tā các BCL t¿m thßi t¿i Viát Nam

Viát Nam chúng ta là một đÃt n°ßc đang phát triển, các ngành công nghiáp, dịch vÿ và các ho¿t động kinh tế đ°ợc thúc đऀy phát triển nhanh chóng Một trong những đô thị phát triển bậc nhÃt cāa Viát Nam, là thành phố Hß Chí Minh, chiếm 6,6 % dân số so vßi cÁ n°ßc và 0,6% dián tích, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm các tỉnh phía Nam, trung tâm kinh tế cāa đÃt n°ßc, tốc độ tăng tr°ãng kinh tế cao (HCM CityWeb) Cùng vßi sự phát triển về kinh tế thì khu vực này cũng gặp phÁi những vÃn đề về ô nhißm môi tr°áng, một trong những nguyên nhân chính cāa viác ô nhißm là l°ợng rác thÁi tăng lên quá nhanh, đặc biát là rác thÁi đô thị mà ch°a có những bián pháp xử lý triát để Tuy có một nền công nghiáp phát triển nh°ng công nghá l¿i khá l¿c hậu so vßi thế gißi, hiáu suÃt sÁn xuÃt không cao do đó sinh ra l°ợng chÃt thÁi nhiều h¢n Thực tế, các chÃt thÁi công nghiáp h¿u hết

13

không đ°ợc xử lý hoặc nếu có thì vßi số l°ợng nhỏ rÃt nhỏ, đặc biát các chÃt thÁi

độc h¿i đ°ợc xử lý đ¢n giÁn (l°u trữ an toàn) chă không đ°ợc xử lý hoàn toàn

Thành phố Hß Chí Minh, đô thị lßn cāa cÁ n°ßc vßi măc độ tập trung dân số quá đông thì các ho¿t động sống hàng ngày sÁn sinh ra l°ợng rác thÁi vô cùng lßn Thêm vào đó là viác quÁn lý rác thÁi ch°a đ°ợc thực hián triát để cāa chính quyền địa ph°¢ng Hián t°ợng rác thÁi không đ°ợc thu gom th°áng xuyên; thu gom không hết; r¢i vãi rác trên đ°áng vận chuyển gây ô nhißm môi tr°áng; nhißm t¿i n¢i tập kết rác, BCL và Ánh h°ãng đến săc khỏe và cuộc sống cāa ng°ái dân xung quanh… là hián tr¿ng đang dißn ra t¿i thành phố Hß Chí Minh Ngoài ra, rác và n°ßc rỉ rác bị r¢i vãi trên đ°áng vận chuyển do ph°¢ng tián vận chuyển

quá l¿c hậu cũng làm mÃt đi vẻ mỹ quan cāa đô thị

â các n°ßc đang phát triển nh° Viát Nam, do trình độ khoa học kĩ thuật còn thÃp nên viác xử lý rác thÁi chā yếu là bằng ph°¢ng pháp chôn lÃp Hián t¿i, ã TP HCM chỉ còn 2 bãi rác ho¿t động: Đa Ph°ßc (huyán Bình Chánh) và Ph°ßc Hiáp (huyán Cā Chi); toàn bộ h¢n 6.800 tÃn rác thÁi sinh ho¿t thÁi ra mỗi ngày đ°ợc đ°a về 2 bãi rác này để xử lý L°ợng rác thÁi tăng nhanh khiến cho tình tr¿ng quá tÁi t¿i các bãi chôn lÃp, gây ô nhißm môi tr°áng nghiêm trọng, Ánh h°ãng đến chÃt l°ợng cuộc sống cāa những ng°ái dân xung quanh Rác thÁi đ°ợc chôn lÃp ngoài trái, không đ°ợc che lÃp cऀn thận, không có các công trình thu gom khí thoát ra từ quá trình phân hāy rác thÁi, dẫn đến l°ợng khí thÁi kháng lß ra ngoài môi tr°áng Thành ph¿n chính cāa hỗn hợp khí này là khí CH4, khí gây

nên hián t°ợng hiáu ăng nhà kính

Một nghiên cău há số phát thÁi các khí ô nhißm cāa nhóm tác giÁ Mai Thị

Thu ThÁo và cộng sự đăng trên t¿p chí Phát triển KH&CN nghiên cÿu một số

BCL ã thành phố Hß Chí Minh Nghiên cău đ°ợc thực hián t¿i bãi chôn lÃp (BCL) Ph°ßc Hiáp, Đa Ph°ßc, Đông Th¿nh và Gò Cát trên c¢ sã ăng dÿng mô hình Giffor –Hanna (1973) Nghiên cău đã thành công xây dựng đ°ợc há số phát thÁi các chÃt ô nhißm H2S, CH4, NH3 và Methyl Mercaptane Dựa trên viác xây dựng c¢ sã dữ liáu về độ ऀm, nhiát độ, vận tốc gió, cÃp độ án định khí quyển và đo đ¿c nßng độ các khí thÁi t¿i các BCL đã ng°ng ho¿t động và BCL đang ho¿t động Há số phát thÁi trung bình tính đ°ợc trên các BCL ng°ng ho¿t động: BCL Đông Th¿nh là Q-H2S = 6,04 mg m-2h-1, Q-CH4= 283,67 mg m-2h-1; BCL Gò Cát là Q-H2S = 5,35 mg m-2h-1, Q-CH4= 391,57 mg m-2h-1 Há số phát thÁi

14

trung bình tính đ°ợc trên các BCL đang ho¿t động: BCL Đa Ph°ßc là Q-H2S = 55,86 mg m-2h-1, Q-CH4 = 999,56 mg m-2h-1; BCL Ph°ßc Hiáp là Q-H2S = 61,02 mg m-2h-1, Q-CH4= 1583,29 mg m-2h-1 Khí H2S nặng h¢n không khí nên khÁ năng bốc lên cao thÃp, th°áng tích tÿ g¿n mặt đÃt và có xu h°ßng lan rộng ra khỏi BCL theo h°ßng gió chā đ¿o Đ°¢ng nhiên, quá trình khuếch tán khí H2S cũng chậm Trên BCL Đa Ph°ßc nßng độ khí H2S biến động rÃt lßn theo thái gian, quá trình phân hāy t¿o khí H2S m¿nh CH4 cũng là khí nhẹ h¢n không khí nên sự phát tán thay đái nhiều theo vận tốc gió Trên BCL Đa Ph°ßc, năm 2010 và 2011 l¿i cho thÃy sự tăng vọt nßng độ khí CH4so vßi năm 2008 và 2009, chăng tỏ sự phân hāy m¿nh t¿o khí CH4 trong giai đo¿n này Vận tốc gió thÃp thì sự tập trung khí CH4ã đ¿u h°ßng gió, và ng°ợc l¿i Khi cách đ¿u h°ßng gió khoÁng trên 700 –1000m, khí CH4giÁm xuống măc không đáng kể Khi nßng độ khí CH4 cao sẽ có xu h°ßng giÁm chậm h¢n theo khoÁng cách, nßng độ thÃp sẽ có xung h°ßng giÁm đột ngột T¿i BCL Ph°ßc Hiáp khí H2S phân hāy tập trung chā yếu Trong các năm kết quÁ quan trắc nßng độ H2S g¿n nh° t°¢ng đ°¢ng ã bên trong BCL và giÁm m¿nh khi ra bên ngoài BCL Vào năm 2010 và 2011, BCL Ph°ßc Hiáp cũng có xung h°ßng phát thÁi tăng vọt khí CH4 Nßng độ khí CH4 trên BCL có xung h°ßng giÁm chậm theo khoÁng cách Nh°ng ã khoÁng cách bên ngoài BCL nßng độ khí CH4thÃp g¿n nh° không phát hián

Đối vßi BCL ng°ng ho¿t động và không có há thống thu khí, BCL Đông Th¿nh cho thÃy sự phát thÁi khí H2S rÃt thÃp, chā yếu tập trung trong BCL, có nhiều vị trí không phát hián thÃy khí H2S Nßng độ khí H2S thÃp, loãng thì có xu h°ßng phát tán ra bên ngoài BCL Qua các năm quan trắc, khí CH4 phát thÁi trên BCL Đông Th¿nh ã măc thÃp đều â khoÁng cách bên ngoài BCL, nßng độ khí CH4 cũng giÁm m¿nh T°¢ng tự BCL Đông Th¿nh, phát thÁi khí H2S rÃt ít và cũng có xu h°ßng đ¿t giá trị cao t¿i cuối h°ßng gió Khi ra đến bên ngoài BCL thì nßng độ khí H2S là rÃt nhỏ, g¿n nh° không có BCL Gò Cát có măc phát thÁi khí CH4 cao h¢n BCL Đông Th¿nh, nh°ng cũng giÁm thÃp khi ã khoÁng cách bên ngoài BCL Nghiên cău trên đã mang l¿i các ăng dÿng quan trọng cāa viác xây dựng há số phát thÁi, tính đ°ợc phân bố nßng độ khí thÁi trên BCL theo h°ßng gió chā đ¿o nhá áp dÿng mô hình Hanna (1971), là c¢ sã khoa học giúp cho các nhà quÁn lý có thể xác định khoÁng cách cách ly hợp vá sinh giữa BCL và dân c° xung

quanh

15

Nghiên cău [8] khí CH4 đ°ợc coi là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự nóng lên toàn c¿u Định l°ợng khí thÁi CH4 từ các BCL là chā đề cāa nhiều nghiên cău, trong đó đặc biát nhÃn m¿nh vai trò cāa hai thông số: khÁ năng sinh metan (L0), tốc độ sinh metan (k) Qua nghiên cău này, nhóm tác giÁ đề xuÃt một há thống tích hợp thông tin môi tr°áng và mô hình toán học có tên là EnLandFill (ENvironmental information – model integration system for air release and dispersion °ßc tính từ LandFill) cho phép tính toán L0từ c¢ sã dữ liáu và xác định k tối °u bằng thực nghiám Để thực hián các tính toán thử nghiám, dữ liáu khí t°ợng đ°ợc trích xuÃt từ mô hình WRF và đ°ợc xác minh bằng các phép đo thực tế Điểm mßi cāa nghiên cău này nằm ã há thống c¢ sã dữ liáu suy luận, ngân hàng mô hình toán học, đặc biát là mô hình phân tán, có tính đến địa hình phăc t¿p, các yếu tố khí t°ợng thay đái theo giá EnLandFill đ°ợc áp dÿng cho BCL Ph°ßc Hiáp (PHLF) t¿i Thành phố Hß Chí Minh nh° một nghiên cău điển hình, kết quÁ đã xác định đ°ợc l°ợng khí metan thÁi ra t°¢ng đ°¢ng 44.094.697,88 m3/năm vào năm 2019, EnLandFill đ°ợc thiết kế để có thể áp dÿng

cho các BCL t°¢ng tự

Một nghiên cău khác cāa nhóm tác giÁ [9] đề xuÃt một ph°¢ng pháp °ßc

tính l°ợng phát thÁi khí CH4từ các BCL chÃt thÁi ã Hà Nội, Viát Nam, nh° một ph¿n cāa nghiên cău điển hình về các thành phố châu Á, đ°ợc đ°a ra dựa trên khÁo sát các tài liáu và số liáu thống kê liên quan đến quÁn lý chÃt thÁi, phỏng vÃn những ng°ái phÿ trách và điều tra thực địa t¿i bãi rác â Hà Nội, há thống quÁn lý chÃt thÁi đã đ°ợc phân tích để đánh giá l°ợng khí thÁi CH4 từ các BCL chÃt thÁi L°ợng chÃt thÁi để đ°a vào BCL đ°ợc đánh giá, điều tra về dòng chÃt thÁi Thành ph¿n rác thÁi đô thị đã đ°ợc khÁo sát t¿i một số quận trong khu vực thành phố Hà Nội và °ßc tính khối l°ợng rác thÁi hữu c¢ khó phân hāy đ°a vào BCL trong 15 năm qua Các cuộc khÁo sát thực địa về l°ợng khí thÁi CH4 từ các BCL ã các thái gian khác nhau (0,5, 2 và 8 năm) đã đ°ợc tiến hành và kết quÁ l°ợng khí thÁi CH4 đ°ợc °ßc tính l¿n l°ợt là 120, 22,5 và 4,38 ml/phút/m2 Tốc độ phÁn ăng nhanh nhÃt t¿o ra khí CH4thu đ°ợc là 0,51/năm L°ợng khí CH4phát thÁi từ các BCL chÃt thÁi đ°ợc tính toán bằng mô hình phân rã bậc nhÃt, sử dÿng há số phát thÁi và l°ợng chÃt thÁi có thể phân hāy khi đ°ợc chôn lÃp Theo đó các °ßc tính về l°ợng khí thÁi CH4khi sử dÿng mô hình phù hợp, t°¢ng đßng vßi các kết quÁ đo đ°ợc khi khÁo sát thực địa Các kết quÁ này đã cho thÃy l°ợng khí thÁi

16

mêtan từ các BCL chÃt thÁi đ°ợc °ßc tính bằng thông tin chính xác và cÿ thể theo vùng về dòng chÃt thÁi là điều c¿n thiết để xác định chính xác xu h°ßng phát thÁi khí metan từ các BCL chÃt thÁi trong quá khă, hián t¿i và t°¢ng lai

Sự phân hāy chÃt thÁi rắn đô thị t¿i các BCL t¿o ra các hợp chÃt sunfua,

đ°ợc coi là một trong những ngußn phát thÁi mùi chính Nhóm nghiên cău [10]

đã thực hián viác lÃy mẫu hián tr°áng t¿i các bề mặt cāa các khu vực đang ho¿t động, không ho¿t động và đ°ợc phā đÃt cāa một BCL ã miền bắc Trung Quốc để xác định đặc điểm cāa các hợp chÃt sunfua Kết quÁ cho thÃy dimethyl disulfide chiếm °u thế trong các hợp chÃt sunfua, chiếm tßi 73,6% táng l°ợng sunfua đ°ợc phát hián Vßi nßng độ mùi lßn nhÃt là 365, diethyl sulfide là hợp chÃt sulfide đáng kể nhÃt Tốc độ phát thÁi sulfur °ßc tính trên bề mặt cāa khu vực ho¿t động và khu vực phā đÃt là t°¢ng tự nhau, và tốc độ phát thÁi dimethyl disulfide t¿i Bề mặt cāa khu vực vận hành lên tßi 345,9 μg/m3h Dimethyl disulfide có thể đ°ợc giÁi phóng khỏi chÃt thÁi t°¢i và nßng độ chuऀn hóa cāa nó ã độ sâu 0,2 m bên

d°ßi bề mặt ho¿t động là 10,4 l¿n so vßi ã độ sâu 0,4 m

Để cung cÃp một số hiểu biết sâu sắc về các quá trình liên quan đến phát thÁi mùi từ môi tr°áng ngußn m¿nh, nßng độ các hợp chÃt l°u huỳnh khử (RSC)

trong khí bãi rác (LFG) nhà khoa học [11] đã đo t¿i hai c¢ sã chôn lÃp (LF) trong

ph¿m vi ranh gißi thành phố nhỏ trong bốn mùa Các địa điểm LF đ°ợc điều tra trong nghiên cău này đ°ợc phân biát ã chỗ LF trẻ (cÿ thể là YLF) đã đ°ợc chọn để đ¿i dián cho địa điểm phát thÁi RSC đang ho¿t động, trong khi LF cũ (cÿ thể là OLF) đ°ợc chọn vì phát thÁi RSC yếu Thành ph¿n LFG, khi đ°ợc phân tích đối vßi một số RSC (H2S), methyl mercaptan (CH3SH), dimethyl sulfur ((CH3)2S), cacbon disulfua (CS2) và dimethyl disulfua ((CH3)2S2)), là luôn bị H2S chiếm °u thế từ cÁ hai địa điểm Giá trị trung bình và SD cāa H2S trong YLF đ°ợc đo là 139.070±144.340 ppb, trong khi giá trị t°¢ng ăng cāa nó trong OLF là 3,86±3,41 ppb Măc nßng độ phát thÁi cāa H2S đ°ợc nhận thÃy là khác biát so vßi các RSC khác, tùy thuộc vào độ lão hóa cāa LF Kết quÁ H2S cho cÁ hai địa điểm LF, khi so sánh giữa các mùa, th°áng đ°ợc mô tÁ là sự cÁi thián đáng chú ý trong mùa hè so vßi các mùa khác Phân tích so sánh về thành ph¿n t°¢ng đối giữa RSC và các thành ph¿n LFG khác (chẳng h¿n nh° CH4, CO2và VOC) chỉ ra rằng tỷ lá t°¢ng đối cāa RSC trong giai đo¿n LF ho¿t động (YLF) lßn h¢n đáng kể so vßi

giai đo¿n không ho¿t động (OLF)

17

Một nghiên cău khác [12] nghiên cău về c¢ chế phát sinh H2S Đối t°ợng lựa chọn là hai nhóm BCL mô phỏng, BCLthông th°áng (CL) và BCL có tu¿n hoàn n°ßc rỉ rác (RL), đ°ợc thiết kế để nghiên cău các mô hình giÁi phóng H2S trong giai đo¿n đ¿u án định bãi chôn lÃp Kết quÁ cho thÃy một l°ợng lßn H2S có thể đ°ợc giÁi phóng cùng vßi sự phân hāy các hợp chÃt chăa l°u huỳnh Đặc biát, l°ợng phát thÁi H2S có thể đ°ợc tăng lên nhá quá trình tu¿n hoàn n°ßc rỉ rác trong RL do ho¿t động cāa vi khuऀn đ°ợc tăng c°áng Có một l°ợng lßn sunfat và hàm l°ợng sunfua thÃp trong rác thÁi đ°ợc chôn lÃp và n°ßc rỉ rác trong giai đo¿n đ¿u cāa quá trình án định bãi chôn lÃp SÁn xuÃt sunfat và sunfua trong n°ßc rỉ rác phÿ thuộc vào thể tích n°ßc rỉ rác và nhiát độ Tu¿n hoàn n°ßc rỉ rác có nghĩa là sunfat và sunfua đ°ợc giữ l¿i trong bãi chôn lÃp, do đó phân phối chúng đßng đều h¢n qua rác thÁi đ°ợc chôn lÃp, làm tăng nguy c¢ giÁi phóng H2S

Các kết quÁ nghiên cău ch°a chỉ ra đ°ợc rằng khí BCL có Ánh h°ãng đến ngußn n°ßc ng¿m không Ành h°ãng lßn nhÃt là mùi hôi thối, đặc biát là gây khó chịu đến công nhân và dân c° khu vực xung quanh Viác th°áng xuyên phÁi hít thã khí từ BCL phát sinh gây Ánh h°ãng lßn đến săc khoẻ con ng°ái Ngoài ra là sự phát thÁi khí CH4 làm tăng hiáu ăng nhà kính Thă hai, bãi đá rác thÁi là n¢i c° trú cāa các sinh vật gây bánh Chúng có chu trình sống ngắn nh°ng măc độ sinh sÁn cao C¢ thể chā (con ng°ái, vật nuôi) là ngußn mang các tá chăc gây bánh nh° vi khuऀn, virus, ký sinh trùng, sán chúng là nguyên nhân chính cāa các bánh về hô hÃp, tiêu hoá, mắt và da Một nghiên cău về tác động đến săc khoẻ cāa ng°ái dân từ BCL Đông Th¿nh đối vßi khu vực dân c° xung quanh dự án đã chỉ ra rằng các bánh liên quan đến hô hÃp, tiêu hoá, mắt và da xÁy ra th°áng xuyên h¢n, đặc biát vßi những ng°ái thu nhặt rác Thă 3 là quá trình xử lý n°ßc rỉ rác sinh ra từ BCL cũng làm phát sinh ra một l°ợng lßn khí CH4, nếu không có há thống thu gom và xử lý thì l°ợng khí phát sinh này sẽ tác động đến môi tr°áng KhÁ năng làm nóng trái đÃt cāa metan (CH4) gÃp 22 l¿n so vßi khí CO2 L°ợng CH4 tham gia vào sự nóng lên cāa trái đÃt vào khoÁng 18% Ngoài ra kết quÁ phân tích t¿i BCL Đông Th¿nh, thành phố Hß Chí Minh đã chăng minh rằng vùng chịu Ánh h°ãng lßn nhÃt là khu vực thuộc ph¿m vi 500m từ biên bãi chôn lÃp Trong vùng này tÃt cÁ các chỉ tiêu ô nhißm đều phát tán th°áng xuyên và Ánh h°ãng nhiều nhÃt đến môi tr°áng sống cāa dân c° trong khu vực Từ 800m trã ra thì Ánh h°ãng ít h¢n

18

Nh° vậy, theo xu h°ßng chung cāa thế gißi, kiểm kê phát thÁi bắt đ¿u đ°ợc sử dÿng trong một vài năm trã l¿i đây nh°ng ch°a nhiều

1.4 Táng quan về mô hình mô hình LandGEM và AERMOD

1.4.1 Tổng quan về mô hình LandGem

Khí nhà kính từ BCL đ°ợc °ßc tính theo mô hình LandGEM (Landfill Gas Emissions Model) cāa C¢ quan BÁo vá môi tr°áng Hoa Kỳ (US-EPA) Phiên bÁn mã rộng hián nay là LandGEM v-3.03 và đ°ợc sử dÿng tính toán khí nhà kính phát thÁi ã các BCL CTR t¿m t¿i xã Vũ Oai, thành phố H¿ Long, tỉnh QuÁng Ninh trong nghiên cău này Trong nghiên cău này chỉ tính đến l°ợng khí gây

mùi phát sinh trong bãi rác từ quá trình phân hāy các chÃt hữu c¢

Hình 1 3 Giao dián phÁn mềm LandGem

Mô hình LandGEM dựa trên ph°¢ng trình tốc độ phân hāy bậc nhÃt để định l°ợng l°ợng khí thÁi từ quá trình phân hāy chÃt thÁi chôn lÃp trong các BCL rác thÁi đô thị LandGEM cung cÃp cách tiếp cận t°¢ng đối đ¢n giÁn để °ßc tính l°ợng phát thÁi khí bãi rác Giá trị mặc định cāa mô hình dựa trên dữ liáu thực nghiám từ các BCL cāa Hoa Kỳ Dữ liáu thử nghiám hián tr°áng cũng có thể đ°ợc sử dÿng thay cho các giá trị mặc định cāa mô hình khi có sẵn Chúng ta có thể tìm thêm h°ßng dẫn về ph°¢ng pháp kiểm tra EPA, các quy định cāa CAA và các h°ßng dẫn khác liên quan đến phát thÁi khí bãi rác và các yêu c¿u công

nghá kiểm soát

LandGEM đ°ợc coi là một công cÿ sàng lọc - dữ liáu đ¿u vào càng tốt thì °ßc tính càng tốt Thông th°áng, có những h¿n chế đối vßi dữ liáu sẵn có liên quan đến số l°ợng và thành ph¿n chÃt thÁi, sự thay đái trong thiết kế và thực

19

hành vận hành theo thái gian và những thay đái xÁy ra theo thái gian Ánh h°ãng đến khÁ năng phát thÁi Những thay đái đối vßi ho¿t động cāa bãi chôn lÃp, chẳng h¿n nh° vận hành trong điều kián ऀm °ßt thông qua tu¿n hoàn n°ßc rỉ rác hoặc bá sung chÃt lỏng khác, sẽ dẫn đến viác t¿o ra nhiều khí h¢n vßi tốc độ nhanh h¢n Các giá trị mặc định để °ßc tính l°ợng khí thÁi cho lo¿i ho¿t động này đang đ°ợc phát triển để đ°a vào LandGEM cùng vßi các giá trị mặc định cho các BCL thông th°áng để phát triển kiểm kê phát thÁi và xác định khÁ năng áp dÿng CAA Tốc độ phân hāy rác ã BCL lÃy CH4 khí có tính đ¿i dián cho nhóm khí phát thÁi và HAPs nhóm chÃt ô nhißm (H2S cũng thuộc nhóm này) làm c¢ sã để tính toán mô hình

LandGEM sử dÿng ph°¢ng trình tốc độ phân hāy bậc nhÃt sau đây để °ßc tính l°ợng khí thÁi hàng năm trong một khoÁng thái gian xác định Các tham số mô hình k và Lo đ°ợc sử dÿng bãi ph°¢ng trình phân rã này đ°ợc mô tÁ thêm ã

các mÿc tiếp theo Trong đó:

QCH4= l°ợng khí metan phát sinh hàng năm trong năm tính toán (m3/ năm) i = khoÁng tăng thái gian 1 năm

n = (năm tính toán) - (năm đ¿u tiên đá chÃt thÁi) j = khoÁn tăng thái gian

tính theo 0.1 năm

k = tỷ lá t¿o khí metan (năm-1)

Lo= công suÃt t¿o metan tiềm năng (m3 / Mg)

Mi= khối l°ợng chÃt thÁi đ°ợc chÃp nhận trong năm thă i (Mg)

tij = tuái cāa ph¿n thă j cāa khối l°ợng chÃt thÁi Miđ°ợc chÃp nhận ã

năm thă i

Các thông số sử dÿng cho ph¿n mềm LandGEM đ°ợc xác định nh° sau:

a Tỷ lệ tạo khí metan (k) của chất thải

Tỷ lá t¿o metan, k, xác định tỷ lá t¿o CH4 đối vßi khối l°ợng cāa chÃt thÁi trong bãi chôn lÃp Giá trị cāa k càng cao thì tốc độ t¿o mêtan càng nhanh

và sau đó phân rã theo thái gian Giá trị cāa k chā yếu là một hàm cāa bốn yếu tố:

• pH cāa khối chÃt thÁi, và

• Nhiát độ cāa khối chÃt thÁi

• Độ ऀm cāa khối chÃt thÁi,

20

• Sự sẵn có cāa các chÃt dinh d°ỡng cho vi sinh vật phân hāy chÃt thÁi

để hình thành mêtan và carbon dioxide,

Ph°¢ng pháp EPA 2E (Ph°¢ng pháp xác định l°u l°ợng phát sinh khí thÁi bãi chôn lÃp) để xác định giá trị k cÿ thể cāa dữ liáu do ng°ái dùng chỉ định Giá trị k, vì nó đ°ợc sử dÿng trong ph°¢ng trình tốc độ phân hāy bậc nhÃt, tính bằng đ¢n vị 1 / năm hoặc năm-1 Năm giá trị k đ°ợc LandGEM sử dÿng đ°ợc thể hián trong BÁng 1.2 Các BCL ã khu vực khô cằn nằm ã những khu vực nhận đ°ợc l°ợng m°a ít h¢n 25 inch mỗi năm Giá trị k mặc định là giá trị k CAA cho các

BCL thông th°áng

BÁng 1 2 Giá trß công su¿t phát sinh khí metan tiềm năng (k)

Kiểm kê Àm °ßt (phÁn ăng sinh học) 0.7

b Công suất tạo khí metan tiềm năng (Lo)

Công suÃt t¿o khí mêtan tiềm tàng, Lo, chỉ phÿ thuộc vào lo¿i và thành ph¿n chÃt thÁi đ°ợc đặt trong bãi chôn lÃp Giá trị Lo càng cao do chÃt thÁi có giá trị hàm l°ợng xenlulozo càng cao Giá trị cāa Lo mặc định đ°ợc LandGEM sử dÿng là đ¿i dián cho BCL rác thÁi đô thị Giá trị Lo vì đ°ợc sử dÿng trong ph°¢ng trình tốc độ phân hāy bậc nhÃt, đ°ợc đo bằng đ¢n vị mét khối trên megagram để phù hợp vßi CAA Năm giá trị Lo đ°ợc LandGEM sử dÿng đ°ợc trình bày trong BÁng 1.3 Giá trị Lo mặc định là giá trị CAA Lo cho các BCL

thông th°áng

BÁng 1 3 Tham số công su¿t t¿o khí Metan tiềm năng (L0)

21

c Nồng độ hợp chất hữu cơ phi metan (NMVOCs)

Nßng độ NMVOCs trong khí BCL là một hàm số cāa các lo¿i chÃt thÁi trong BCL và măc độ cāa các phÁn ăng t¿o ra các hợp chÃt khác nhau từ quá trình phân hāy kị khí cāa chÃt thÁi Nßng độ NMVOCs đo bằng đ¢n vị ph¿n triáu thể tích (ppmv) và đ°ợc LandGEM sử dÿng chỉ khi l°ợng phát thÁi NMVOCs đang đ°ợc °ßc tính Nßng độ NMVOCs cho CAA mặc định là 4.000 ppmv d°ßi d¿ng hexan Nßng độ NMVOCs cho mặc định kiểm kê là 600 ppmv khi không xử lý chÃt thÁi nguy h¿i hoặc không xác định và 2.400 ppmv khi cùng xử lý chÃt

thÁi nguy h¿i

Nßng độ NMVOCs mặc định là giá trị CAA Ph°¢ng pháp EPA 25C đ°ợc

khuyến nghị để thu đ°ợc nßng độ NMVOCs cÿ thể t¿i mỗi địa điểm

d Hàm lượng metan

Đối vßi LandGEM, khí bãi rác đ°ợc giÁ định là 50% carbon dioxide và 50% metan vßi các thành ph¿n vi l°ợng bá sung cāa NMOC và các chÃt ô nhißm không khí khác Khi sử dÿng LandGEM để tuân thā CAA, Hàm l°ợng metan phÁi

đ°ợc duy trì ã măc 50 ph¿n trăm theo thể tích (giá trị mặc định cāa mô hình)

Viác t¿o ra khí metan đ°ợc xác định bằng cách sử dÿng ph°¢ng trình tốc độ phân hāy bậc nhÃt và không bị Ánh h°ãng bãi nßng độ khí mêtan Tuy nhiên, nßng độ khí metan Ánh h°ãng đến viác sÁn xuÃt carbon dioxide đ°ợc tính toán Viác sÁn xuÃt carbon dioxide (QCO2) đ°ợc tính toán từ viác sÁn xuÃt khí metan (QCH4) và ph¿n trăm hàm l°ợng khí mêtan (PCH4) bằng cách sử dÿng công thăc:

Ph°¢ng trình trên có thể triển khai nh° sau:

Ghi chú: Qtotal là táng l°ợng các khí thÁi phát sinh từ bãi rác

22

1.4.2 Tổng quan về mô hình AERMOD

Mô hình AERMOD đ°ợc phát triển dựa trên mô hình AERMIC bãi c¢ quan khí t°ợng và cÿc bÁo vá môi tr°áng Hoa Kì Một nhóm làm viác hợp tác cāa các nhà khoa học từ AMS và EPA, AERMIC b°ßc đ¿u đã đ°ợc hình thành trong năm 1991 Sau đó AERMIC phát triển thành AERMOD Và đ°ợc chính thăc sử dÿng vào ngày 9/12/2005 Kết quÁ mô phỏng d°ßi d¿ng hình Ánh không gian 2 chiều hoặc 3 chiều, giúp ng°ái dùng dß dàng nhận thÃy những tác động cāa khí thÁi lên

n¢i khÁo sát

Mô hình AERMOD là một mô hình mô phỏng cÿm khí ã tr¿ng thái án định AERMOD là mô hình mô phỏng cÿm khí ã tr¿ng thái án định Nó là mô hình thay thế hoàn chỉnh cho mô hình ISC3 (ngo¿i trừ xử lý vÃn đề lắng đọng chÃt ô nhißm) Một trong những b°ßc tiến lßn cāa mô hình là mô tÁ lßp biên Trái đÃt (PBL) thông qua cÁ bề mặt và lßp hòa trộn bên trên Không giống các mô hình tr°ßc đây, AERMOD giÁi thích tính không đßng nhÃt cāa PBL theo ph°¢ng đăng dựa trên tính toán độ phân tán cāa nó Nó chuyển các tham số <trung bình=

cāa PBL trên thực tế thành tham số <hiáu quÁ= cāa PBL đßng tính t°¢ng đ°¢ng [13]

So vßi ISC3, AERMOD hián đang có các thuật toán mßi hoặc đ°ợc cÁi

tiến [13] để giÁi quyết các vÃn đề sau:

● Sự lan truyền chÃt ô nhißm trong cÁ lßp biên đối l°u và án định ● Sự nái và di chuyển lên trên cāa cÿm khí

● Cÿm khí xâm nhập vào t¿ng nghịch đÁo trên cao

● Tính toán biên d¿ng đăng (vertical profile) cāa gió, chÁy rối và nhiát

độ

● Lßp biên cāa đô thị vào ban đêm

● Xử lý các điểm tiếp nhận trên mọi lo¿i địa hình từ bề mặt đến trên độ

cao cāa cÿm khí

● Xử lý hiáu ăng đ°áng rẽ khí cāa các tòa nhà (building wake) ● CÁi tiến trong mô tÁ các tham số lßp biên c¢ bÁn

● Xử lý các đ°áng uốn cong cāa cÿm khí

Mô hình AERMOD là chữ viết tắt cāa cÿm từ The AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD) đ°ợc đặc biát thiết kế để hỗ trợ cho ch°¢ng trình quÁn lý cāa

EPA [13] AERMOD có một ch°¢ng trình chính là AERMOD và hai bộ tiền xử lý là AERMET (tiền xử lý dữ liáu khí t°ợng) và AERMAP (tiền xử lý dữ liáu

23

địa hình)

AERMOD tiếp cận t°¢ng đối đ¢n giÁn, kết hợp các khái niám hián t¿i về dòng khí và sự phân tán cāa chÃt khí trong địa hình phăc t¿p Khi thích hợp, lußng khí đ°ợc mô phỏng theo theo địa hình hoặc ngußn phát sinh tác động Cách tiếp cận này đã đ°ợc thiết kế để dß thực hián và sát vßi thực tế, đßng thái tránh phÁi phân định giữa các địa hình đ¢n giÁn, trung gian và phăc t¿p, theo yêu c¿u cāa các mô hình quy định khác Do đó, mô hình AERMOD lo¿i bỏ nhu c¿u xác định các chế độ địa hình phăc t¿p TÃt cÁ các địa hình đ°ợc xử lý một

cách nhÃt quán và liên tÿc, phân chia hợp lý trong điều kián phân t¿ng án định

Một trong các cÁi tiến lßn mà AERMOD mang l¿i cho mô hình phân tán đ°ợc áp dÿng là khÁ năng mô tÁ đặc tính cāa PBL, thông qua viác chia tỷ lá bề mặt và lßp hỗn hợp Mô hình AERMOD xây dựng các biên d¿ng thẳng đăng cāa các biến khí t°ợng c¿n thiết dựa trên các phép đo và phép ngo¿i suy bằng cách sử dÿng các mối liên quan t°¢ng tự (tỷ lá) Các cÃu hình dọc cāa h°ßng gió, tốc độ gió, nhiát độ và gradient nhiát độ, nhißu động, đ°ợc °ßc tính bằng cách sử dÿng dữ liáu quan trắc khí t°ợng sẵn có Mô hình AERMOD đ°ợc thiết kế để ch¿y vßi tối thiểu các thông số khí t°ợng quan trắc đ°ợc Để thay thế cho mô hình ISC3, AERMOD ho¿t động bằng cách sử dÿng dữ liáu có sẵn từ các tr¿m khí t°ợng Quốc gia (NWS) Mô hình AERMOD chỉ yêu c¿u dữ liên quan trắc đo đ°ợc trực tiếp duy nhÃt về tốc độ gió (đo khoÁng từ 7zo đến 100m - trong đó zo là chiều cao t¿ng nhám bề mặt), nhiát độ môi tr°áng xung quanh và h°ßng gió Giống nh° mô hình ISC3, AERMOD cũng c¿n có dữ liáu quan trắc về tỷ lá độ che phā cāa mây Tuy nhiên, nếu không có mây che phā (dữ liáu quan trắc khí t°ợng t¿i chỗ) thì thay thế bằng các dữ liáu quan trắc nhiát độ theo chiều dọc (th°áng là 2 và 10 mét) và phép đo băc x¿ mặt trái Bắt buộc phÁi có dữ liáu thám không t¿ng cao đ¿y đā vào buái sáng (rawinsonde) để tính toán chiều cao lßp hỗn hợp đối l°u trong suốt cÁ ngày Các đặc tính bề mặt (tỷ lá Bowen, độ nhám bề mặt,và suÃt phân chiếu) cũng c¿n thiết để xây dựng các cÃu hình t°¢ng tự cho các thông số PBL

Mô hình AERMOD là một há thống tích hợp bao gßm 3 ph¿n:

+ Mô hình phân tán (AERMIC) là tr¿ng thái án định thiết kế cho t¿m ngắn (lên đến 50km) phân tán cāa các chÃt gây ô nhißm không khí phát thÁi từ các

ngußn công nghiáp;

24

+ Công cÿ khí t°ợng (AERMET) xử lý các số liáu khí t°ợng bề mặt trên các t¿ng khác nhau Sau đó sẽ tính toán thông số đặc tr°ng cāa khí quyển c¿n thiết cāa mô hình phân tán, chẳng h¿n nh° không khí hỗn lo¿n, t¿m cao, vận tốc

ma sát, và thông l°ợng nhiát bề mặt;

+ Công cÿ địa hình (AERMAP) có mÿc đích chính là để thể hián cho một mối quan há vật lí giữa các tính năng địa hình và ho¿t động cāa đám ô nhißm không khí Nó t¿o ra các dữ liáu và chiều cao cho từng vị trí Nó cũng cung cÃp thông tin cho phép các mô hình phân tán để mô phỏng tác động cāa không khí

Khác vßi các mô hình quy định hián có, AERMOD giÁi thích tính không đßng nhÃt theo chiều dọc cāa PBL trong các tính toán phân tán bằng cách lÃy trung bình các tham số cāa PBL thành các tham số hiáu dÿng cāa một PBL t°¢ng đ°¢ng Hình 1.2 cho thÃy lußng và xử lý thông tin trong AERMOD Há thống mô hình hóa bao gßm một ch°¢ng trình chính (AERMOD) và hai bộ tiền xử lý (AERMET và AERMAP) Mÿc tiêu chính cāa AERMET là tính toán các thông số lßp biên để AERMOD sử dÿng GIAO DIàN khí t°ợng, bên trong AERMOD, sử dÿng các tham số này để t¿o ra các cÃu hình cāa các biến khí t°ợng c¿n thiết

Đßng thái, AERMET chuyển tÃt cÁ các dữ liáu khí t°ợng cho AERMOD

Hình 1 4 S¢ đß c¿u trúc mô hình AERMOD

25

Các đặc điểm lßp bề mặt ã d¿ng suÃt phân chiếu (albedo), tỷ lá Bowen (Bowen ratio) và độ nhám bề mặt (surface roughness length), cùng các dữ liáu tiêu chuऀn quan trắc khí t°ợng (nhiát độ, tốc độ gió, h°ßng gió và mây che phā), đ°ợc đ°a vào AERMET AERMET sau đó tính toán các thông số PBL: thang nhiát độ (θ*), chiều cao trộn (zi), vận tốc ma sát (u*), chiều dài Monin- Obukhov (L), thang vận tốc đối l°u (w*), và thông l°ợng nhiát bề mặt (H) Các tham số này đ°ợc chuyển đến thuật toán trung tâm (nằm trong AERMOD) n¢i các thuật toán c¢ sã (kết hợp vßi các phép đo) đ°ợc sử dÿng để tính toán các biên d¿ng thẳng đăng cāa tốc độ gió (u), dao động hỗn lo¿n theo ph°¢ng và dọc (σv, σw),

gradient nhiát độ tiềm năng (dθ/dz), nhiát độ tiềm năng (θ)

Bộ xử lý tr°ßc địa hình AERMIC AERMAP sử dÿng dữ liáu địa hình đ°ợc đánh l°ßi để tính toán độ cao Ánh h°ãng đến địa hình đ¿i dián (hc) (hay tỷ lá độ cao địa hình) Thang đo chiều cao địa hình hc, đ°ợc xác định cho từng vị trí tiếp nhận duy nhÃt, sử dÿng cho tính toán chiều cao đ°áng phân chia Dữ liáu d¿ng l°ßi mà AERMAP c¿n đ°ợc chọn từ dữ liáu mô hình độ cao số (DEM) Ngoài ra, AERMAP còn đ°ợc sử dÿng để t¿o l°ßi môi tr°áng tiếp nhận (receptor grids – gọi tắt là l°ßi môi tr°áng) Độ cao cho mỗi điểm l°ßi môi tr°áng hoàn toàn d°ợc tự động chỉ định thông qua AERMAP Vßi mỗi điểm tiếp nhận, AERMAP chuyển các thông tin đến AERMOD nh° sau: độ cao trên mực n°ßc biển trung bình (zr) và thang độ cao địa hình cÿ thể cāa vị trí tiếp nhận (hc), vị trí cāa từng

điểm (xr, yr)

Các thuật toán c¢ sã cāa mô hình phân tán AERMOD gßm: INTERFACE,

AERMET và AERMAP bao gßm:

+Mô tÁ đ¿y đā về các thuật toán AERMET cung cÃp các thông số PBL

định l°ợng theo giá;

+Ph°¢ng trình nßng độ táng quát vßi các điều chỉnh cho địa hình;

+ Thuật toán phân tán và độ nâng vát khói thích hợp cho cÁ lßp biên đối

l°u và án định;

+ Xử lý sự không đßng nhÃt cāa lßp ranh gißi;

+ Các thuật toán để phát triển biên d¿ng thẳng đăng cāa các thông số khí

t°ợng c¿n thiết;

+ Xử lý lßp ranh gißi đô thị vào ban đêm; + Xử lý dòng khí downwash;

26

+ Tăng c°áng sự phân tán xung quanh do sự uốn khúc cāa dòng khí

1.4.2 1 Đặc trưng của mô hình AERMOD

Mô hình AERMOD mô phỏng phân tán dòng khí ã tr¿ng thái án định khi giÁ định rằng nßng độ cāa khí phân tán án định ã tÃt cÁ các khoÁng cách mô phỏng sử dÿng dữ liáu khí t°ợng trung bình giá GiÁ định tr¿ng thái án định này mang l¿i kết quÁ mô phỏng sát thực tế vì số liáu thống kê về phân bố nßng độ đ°ợc quan tâm h¢n là nßng độ cÿ thể t¿i các địa điểm và thái điểm cÿ thể AERMOD đ°ợc thiết kế để xử lý tính toán các tác động ô nhißm ã cÁ địa hình bằng phẳng và thậm chí là phăc t¿p trong cùng một khuôn khá mô hình Tuy nhiên, trên thực tế vßi cÃu trúc AERMOD thì không c¿n đặc điểm địa hình (bằng phẳng, đ¢n giÁn hay phăc t¿p) liên quan đến chiều cao ống thoát khí vì các điểm tiếp nhận ã tÃt cÁ các độ cao đ°ợc xử lý vßi cùng một ph°¢ng pháp luận chung Để xác định d¿ng cāa ph°¢ng trình nßng độ AERMOD, c¿n mô phỏng đßng thái vßi dữ liáu địa hình Trong lßp biên án định (SBL), phân bố nßng độ đ°ợc giÁ định là Gaussian theo cÁ ph°¢ng ph°¢ng ngang và thẳng đăng Phân bố ngang trong lßp biên đối l°u (CBL), đ°ợc giÁ định là Gaussian, còn phân bố dọc đ°ợc

mô tÁ vßi hàm mật độ xác suÃt hai chiều Gauss

T¿i những địa hình phăc t¿p, mô hình AERMOD kết hợp lý thuyết phân t¿ng khí quyển cho các điều kián phân t¿ng án định Khi thích hợp, dòng khí đ°ợc mô hình hoá chính là kết hợp cāa hai tr°áng hợp: một dòng khí theo địa hình (phÁn ăng theo địa hình) và dòng khí nằm ngang (tác động địa hình) Mô hình AERMOD xử lý viác tính toán các tác động ô nhißm ã cÁ phăc t¿p và địa hình bằng phẳng trong cùng một mô hình toán Tóm l¿i, trong các dòng khí án định, cÃu trúc khí quyển 2 t¿ng đ°ợc phát triển trong đó lßp d°ßi vẫn nằm ngang trong khi lßp trên tăng lên để cao h¢n bề mặt trên địa hình Dòng chÁy hai lßp, đ°ợc phân biát ã độ cao đ°áng phân chia (Hc) đ°ợc chăng minh thông qua các

thí nghiám trong phòng thí nghiám [14] â điều kián trung tính và không án định Hc = 0

T¿i các khu vực thành thị, mô hình AERMOD sẽ xác định bÁn chÃt phân tán cāa lßp biên đối l°u hình thành trong điều kián ban đêm thông qua sự hỗn

lo¿n so vßi lßp biên ã vùng nông thôn liền kề, án định Theo [15] sự hỗn lo¿n

khí quyển là kết quÁ cāa thông l°ợng nhiát đô thị và t¿ng khí quyển hỗn hợp do

°ßc tính từ chênh lách nhiát độ 1 đô thị

27

Tóm l¿i, AERMOD đ°ợc áp dÿng cho h¿u hết các địa hình, vùng nông thôn, thành thị, bằng phẳng, phăc t¿p và các lo¿i ngußn thÁi nh° ngußn điểm, ngußn đ°áng, ngußn dián tích Kết quÁ mô phỏng d°ßi d¿ng hình Ánh không gian 2 chiều, 3 chiều, giúp ng°ái dùng dß dàng nhận thÃy những tác động cāa

khí thÁi lên n¢i khÁo sát [16]

1.4.2.2 Phương trình phân tán chủ đạo của AERMOD

Mô hình AERMOD mô phỏng sự lan truyền cāa khí thÁi là sự kết hợp cāa hai tr°áng hợp gißi h¿n sau: dòng khí bám theo địa hình và dòng khí ngang (tác động địa hình) Bãi vậy trong tÃt cÁ các tình huống, táng nßng độ khí thÁi t¿i một

điểm bị gißi h¿n bãi các tính toán nßng độ từ các tr°áng hợp này

â địa hình bằng phẳng, hai tr¿ng thái này là t°¢ng tự nhau Dựa vào sự kết hợp khái niám về độ cao hợp lý phân chia, ã địa hình cao, táng nßng độ cāa AERMOD đ°ợc tính bằng táng trọng số cāa các nßng độ liên quan đến hai tr°áng hợp gißi h¿n này Bộ tiền xử lý dữ liáu địa hình AERMOD (AERMAP) sử dÿng dữ liáu địa hình đã đ°ợc l°ßi hoá để tính toán độ cao đ¿i dián Ánh h°ãng bãi địa hình (hc) cho từng điểm tiếp nhận mà t¿i vị trí đó AERMOD sẽ tính toán các giá trị Hc cÿ thể cāa điểm tiếp nhận Thông qua cách tiếp cận này, AERMOD xử lý viác tính toán các tác động ô nhißm ã cÁ địa hình cao và địa hình bằng phẳng trong cùng một mô hình toán, từ đó lo¿i bỏ sự c¿n thiết phÁi phân biát giữa các công thăc cho địa hình đ¢n giÁn và phăc t¿p (theo yêu c¿u cāa các mô hình quy

định tr°ßc đây)

Hình 1 5 Cách ti¿p c¿n hai tr¿ng thái của mô hình AERMOD

Công thăc tính trọng số yêu c¿u tính Hc(độ cao đ°áng phân khí tßi h¿n)

Trong đó

Ăā{ĄĀ}:Vận tốc gió t¿i độ cao ĄĀĀ

āĂā{ĄĀ} = ∫ āąĀ ā(ąĀ2 ć)āćĂ{ĄĀ}: ā = [Ą�㔽�㕏�㔽�㕏ć]Āā

ąĀ: Độ cao địa hình Ánh h°ãng dòng khí nhiều nhÃt t¿i lân cận điểm tiếp nhận

Trọng số cāa hai tr¿ng thái cÿm khí phÿ thuộc vào mối quan há giữa ĄĀvà nßng độ đóng góp vào táng nßng độ theo ph°¢ng đăng t¿i vị trí điểm tiếp nhận GiÁ sử vận tốc gió tăng theo độ cao, khi đó ĄĀ sẽ là độ cao ã t¿ng khí quyển án định n¢i mà dòng khí có đā năng l°ợng động lực để v°ợt qua sự phân

t¿ng và độ cao cāa địa hình

Trọng số tr¿ng thái cÿm khí đ°ợc tính theo công thăc :

ă = ÿ, Ą(Ā + �㕋ā)

Tỉ lá khối l°ợng cÿm khí d°ßi ĄĀ đ°ợc tính nh° sau:

�㕋ā =∫ ÿĀĄĀ {ąÿ, Ćÿ, ćÿ}āćÿ

ÿĀ{ąÿ, Ćÿ, ćÿ}āć

Khi cÿm khí d°ßi độ cao ĄĀ(�㕋ā = Ā, ă = Ā), nßng độ chỉ đ°ợc xác định theo cÿm khí nằm ngang Khi cÿm khí hoàn toàn nằm trên độ cao đ°áng phân khí tßi h¿n hay khí quyển trung hòa hoặc đối l°u, �㕋ā = ÿ, ă = ÿ, Ą

ăĆ; ăć: Đóng góp nßng độ l¿n l°ợt theo ph°¢ng bên và ph°¢ng đăng

AERMOD giÁ định phân bố Gauss cho đóng góp nßng độ ph°¢ng bên và ph°¢ng đăng trong SBL, ph°¢ng bên cho CBL Ph°¢ng đăng trong CBL không

có phân bố Gauss đối vßi phân bố vận tốc đăng ã các t¿ng hòa trộn đối l°u

AERMOD mô phỏng 5 lo¿i cÿm khí khác nhau: trực tiếp, gián tiếp, xâm

nhập, phun, án định

Trong điều kián đối l°u (L<0), phân bố ngang vẫn là phân bố Gauss, còn

phân bố đăng là sự kết hợp cāa ba lo¿i cÿm khí:

● Cÿm khí trực tiếp trong t¿ng hòa trộn lúc đ¿u không t°¢ng tác vßi

lßp trên cùng cāa t¿ng hòa trộn

● Cÿm khí gián tiếp trong t¿ng hòa trộn bay lên cao và lúc đ¿u có xu

h°ßng <đánh võng lên= (loft) g¿n lßp trên cùng cāa t¿ng hòa trộn

● Cÿm khí xâm nhập đ°ợc thÁi vào t¿ng hòa trộn nh°ng do tính chÃt

nái nó xâm nhập vào t¿ng án định trên cao

Trong điều kián đối l°u, AERMOD cũng giÁi quyết một tr°áng hợp đặc biát là ngußn thÁi phun n¢i mà đỉnh ống khói (hay độ cao phát thÁi) lßn h¢n độ cao hòa trộn Ngußn thÁi phun sẽ đ°ợc mô phỏng nh° cÿm khí trong điều kián