Tài liệu Tính toán phát thải và mô phỏng lan truyền pm2.5 cho một số nguồn thải chính tại thành phố hồ chí minh và đề xuất giải pháp quản lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------oOo-------------- NGUYỄN THỊ ĐĂNG KHOA TÍNH TOÁN PHÁT THẢI VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN PM2.5 CHO MỘT SỐ NGUỒN THẢI CHÍNH TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số chuyên ngành: 8.85.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2020 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hồ Quốc Bằng PGS.TS.Võ Lê Phú Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Hồ Minh Dũng Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 09 tháng 09 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch hội đồng : PGS.TS. Bùi Tá Long 2. Ủy viên phản biện 1 : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm 3. Ủy viên phản biện 2 : TS. Hồ Minh Dũng 4. Ủy viên hội đồng : PGS.TS. Trần Thị Vân 5. Thư ký hội đồng : TS. Võ Thanh Hằng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa Môi trường và tài nguyên sau khi nhận được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ ĐĂNG KHOA MSHV: 1870664 Ngày, tháng, năm sinh: 14/02/1995 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số: 8.85.01.01 I. TÊN ĐỀ TÀI: Tính toán phát thải và mô phỏng lan truyền PM2.5 cho một số nguồn thải chính tại Thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất giải pháp quản lý II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn được thực hiện nhằm kiểm kê phát thải, phân bố lan truyền bụi PM2.5 và đề xuất một số biện pháp giảm thiểu, kiểm soát và quản lý chất lượng không khí thích hợp cho Tp.HCM thông qua ba nội dung chính sau: 1. Kiểm kê phát thải PM2.5 cho ba nguồn phát thải chính tại Tp.HCM. 2. Thiết lập bản đồ lan truyền PM2.5 trong không khí và so sánh nồng độ PM2.5 trung bình với QCVN 05:2013/BTNMT. 3. Đề xuất các giải pháp phù hợp để kiểm soát chất lượng không khí cho Tp.HCM III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/2020 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Hồ Quốc Bằng và PGS. TS. Võ Lê Phú Tp.HCM, ngày .tháng năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS. Hồ Quốc Bằng PGS.TS.Võ Lê Phú TRƯỞNG KHOA PGS.TS.Võ Lê Phú LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập tại Trường cũng như quá trình làm luận văn đã cho tôi rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báo từ quý Thầy Cô và bạn bè. Để hoàn thành Luận văn này, tôi xin gửi lời cám ơn đến PGS.TS. Hồ Quốc Bằng và PGS.TS. Võ Lê Phú - đã định hướng, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài Luận văn. Chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của các Thầy trong suốt quá trình thực hiện luận văn với những lời khuyên hữu ích giúp tôi hoàn thành Luận văn này với chất lượng tốt nhất. Đồng thời, tôi cũng xin cám ơn chị Vũ Hoàng Ngọc Khuê, anh Nguyễn Thoại Tâm, cùng các Anh, Chị của Trung tâm Nghiên cứu Ô nhiễm Không khí và Biến đổi Khí hậu – Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp số liệu và hướng dẫn tôi sử dụng các mô hình tính toán phân bố ô nhiễm để đề tài được hoàn chỉnh nhất có thể. Tôi xin cám ơn quý Thầy, Cô của Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM - những người đã cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức chuyên môn, kỹ năng và kinh nghiệm làm việc. Việc này rất hữu ích trong quá trình học tập, làm việc của tôi. Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè – những người luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi những lúc khó khăn để tôi có thể học tập và hoàn thiện tốt luận văn của mình. Trân trọng cảm ơn./. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày i tháng năm 2020 TÓM TẮT Các thành phố lớn trên thế giới đã và đang đối mặt với vấn các đề ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng như ô nhiễm nước, không khí, chất thải rắn. Các đô thị lớn của Việt Nam không nằm ngoài ngoại lệ này, trong đó ô nhiễm không khí được xem như là một thách thức về ô nhiễm môi trường đô thị chỉ đứng sau ô nhiễm môi trường nước. Đặc biệt, tại Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) ô nhiễm do các loại bụi có đường kính ≤ 2,5 µm (được gọi là bụi PM2.5) đang ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cuộc sống người dân tại khu vực đô thị. Để có thể cải thiện chất lượng không khí đô thị, sự lan truyền của bụi PM2.5 trong khí quyển cần được tính toán, mô phỏng, đánh giá mức độ ô nhiễm nhằm tìm kiếm các giải pháp kiểm soát và quản lý thích hợp. Mục tiêu của đề tài Luận văn là đánh giá, xác định tải lượng bụi PM2.5 từ một số nguồn thải chính trên địa bàn Tp.HCM và đề xuất các biện pháp quản lý và giảm thiểu với ba nội dung chính: (i) Xác định tải lượng bụi PM2.5 từ một số nguồn thải chính trên địa bàn Tp.HCM; (ii) Mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi PM2.5 tại Tp.HCM và (iii) Đề xuất một số giải pháp kiểm soát và quản lý chất lượng không khí cho Tp.HCM. Để đạt được các nội dung này, Luân văn áp dụng hai phương pháp chính bao gồm kiểm kê nguồn phát thải và phương pháp mô hình hóa. Kết quả tính toán cho thấy tổng lượng phát thải do các nguồn thải chính gây ra tại Tp.HCM năm 2017 là 3587,45 tấn PM2.5/năm. Kết quả sau mô phỏng cho thấy nồng độ trung bình 24 giờ và trung bình năm chưa vượt QCVN 05:2013/BTNMT cho PM2.5, tuy nhiên kết quả PM2.5 trung bình 24 giờ và trung bình năm đã vượt từ 1,7 – 2,3 lần khi so sánh với quy định của WHO. Điều đó chứng tỏ PM2.5 đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Để kiểm soát và quản lý chất lượng không khí cũng như giảm thiểu phát sinh bụi PM2.5 tại Tp.HCM, đề tài đưa ra một số biện pháp giảm thiểu: kiểm soát phát thải tại nguồn, thiết lập chính sách khuyến khích và từng bước xây dựng quy định quản lý khí thải tại Tp.HCM và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường trong cho tất cả mọi người. ii ABSTRACT Worldwide, major cities have faced with serious urban environmental pollution issues, including: water pollution, municipal waste and air pollution. Vietnam’s urban areas are not such an exceptional phenomenon, in which air pollution is considered as one of the challenges in urban environmental pollution that is followed water contamination. Particularly, in Ho Chi Minh City (HCMC), air pollution caused by suspended particulate matter (with the diameter is less than 2.5 µm, so-called PM2.5), which greatly affects urban dwellers’ health. To improve the air quality, the spread of PM2.5 in the atmosphere should be well calculated, simulated and evaluated to seek way of management and control. The goal of the thesis is to assess and determine the quantity of PM2.5 from main sources of disposal in HCMC and suggest methods of management and reduction. (i) the determination of the amount of PM2.5 from main sources of disposal in HCMC; (ii) the stimulation of PM2.5’s spread in HCMC and (iii) the proposal of ways for management and control in HCMC. The result states that the sum of waste from main sources of disposal in HCMC is 3587.45 ton of PM2.5 in 2017. Average maximum 1 hours, average for 24 hours and average annual of PM2.5 concentration in 2017 does not exceed QCVN 05:2013/BTNMT, but it has 1.2 to 2.3 times greater than WHO’s guidline. Therefore, the PM2.5 in HCMC impacts on public health of HCMC. To control and manage the air’s quality and minimize the generation of PM2.5 in HCMC there are possible solutions such as the control of waste from the main source, the creation of encouraging policy, the regulation of air waste in HCMC and the raising people’s awareness of environmental protection. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ “Tính toán phát thải và mô phỏng lan truyền PM2.5 cho một số nguồn thải chính tại Thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất giải pháp quản lý” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Hồ Quốc Bằng và PGS.TS. Võ Lê Phú. Ngoại trừ những nội dung được trích dẫn, các số liệu và tài liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác trước đây. Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Thị Đăng Khoa iv MỤC LỤC TÓM TẮT ...................................................................................................................... ii ABSTRACT .................................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................x CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ...................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ........................................................................... 2 1.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 4 1.3.1. Hướng tiếp cận đề tài ....................................................................................... 4 1.3.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 5 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 9 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 9 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 9 1.5. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................................... 9 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................. 9 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 9 1.6. Bố cục của luận văn ................................................................................................ 9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................11 2.1. Tổng quan về Thành phố Hồ Chí Minh ................................................................ 11 2.1.1. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................... 12 2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ............................................................................... 13 2.2. Tổng quan về ô nhiễm không khí ......................................................................... 14 2.2.1. Khái niệm về không khí và ô nhiễm không khí ............................................. 14 2.2.2. Phân loại ......................................................................................................... 15 2.2.3. Hệ thống ô nhiễm không khí .......................................................................... 15 2.3. Hiện trạng ô nhiễm không khí trên thế giới và Thành phố Hồ Chí Minh ............ 16 2.3.1. Trên thế giới ................................................................................................... 16 2.3.2. Thành phố Hồ Chí Minh ................................................................................ 19 v 2.4. Các nghiên cứu liên quan ...................................................................................... 25 2.4.1. Nghiên cứu trên thế giới................................................................................. 25 2.4.2. Nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................................... 28 2.5. Tổng quan về các mô hình liên quan đế đề tài...................................................... 29 2.5.1. Tổng quan các mô hình mô phỏng khí tượng ................................................ 30 2.5.2. Tổng quan các mô hình mô phỏng chất lượng không khí.............................. 32 2.5.3. Tổng quan các mô hình tính toán phát thải giao thông .................................. 34 2.6. Cơ sở khoa học các mô hình sử dụng trong đề tài ................................................ 36 2.6.1. Mô hình TAPM .............................................................................................. 36 2.6.2. Mô hình CTM ................................................................................................ 40 2.6.3. Mô hình phát thải EMISENS ......................................................................... 42 CHƯƠNG 3 KIỂM KÊ PHÁT THẢI VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN PM2.5 ....48 4.1. Kiểm kê phát thải PM2.5 ........................................................................................ 48 4.1.1. Nguồn diện ..................................................................................................... 48 4.1.2. Nguồn điểm .................................................................................................... 53 4.1.3. Nguồn đường .................................................................................................. 55 4.2. Xây dựng bản đồ phân bố phát thải bụi PM2.5 trong không gian.......................... 61 4.2.1. Phân bố phát thải từ hoạt động giao thông ..................................................... 61 4.2.1. Phân bố phát thải nguồn công nghiệp và sinh hoạt ........................................ 62 4.3. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình............................................................................. 63 4.3.1. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình khí tượng TAPM ......................................... 63 4.3.2. Kiểm định mô hình ô nhiễm không khí CTM ................................................ 66 4.4. Xây dựng bản đồ phân bố lan truyền nồng độ bụi PM2.5 cho Tp.HCM năm 2017 67 CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ ......................................................72 4.1. Giải pháp quản lý .................................................................................................. 72 4.1.1. Đối với các các cơ quan quản lý môi trường ................................................. 72 4.1.2. Đối với cộng đồng .......................................................................................... 74 4.2. Giải pháp công nghệ (kỹ thuật) ............................................................................. 75 4.3. Giải pháp quy hoạch ............................................................................................. 76 4.3.1. Quy hoạch phân vùng xả thải khí thải............................................................ 76 vi 4.3.2. Quy hoạch giao thông, khu công nghiệp, khu dân cư .................................... 77 4.3.3. Quy hoạch về không gian xanh ...................................................................... 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................79 1. Kết luận .................................................................................................................... 79 2. Kiến nghị .................................................................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................81 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ cách thực hiện đề tài ................................................................................... 5 Hình 2.1. Ranh giới hành chính Tp.HCM theo quận, huyện.............................................. 11 Hình 2.2. Quá trình ô nhiễm không khí từ nguồn phát sinh đến nguồn tiếp nhận ............. 16 Hình 2.3. Ô nhiễm PM2.5 trung bình năm tại một số khu vực năm 2016 ........................... 17 Hình 2.4. Mạng lưới quan trắc chất lượng không khí tại TP.HCM ................................... 21 Hình 2.5. Nồng độ bụi lơ lửng trung bình năm tại ba trạm quan trắc nền năm 2019 ........ 22 Hình 2.6. Nồng độ lơ lửng trung bình năm tại bốn trạm quan trắc bị ảnh hưởng do dân cư ............................................................................................................................................ 22 Hình 2.7. Nồng độ bụi lơ lửng trung bình năm tại bốn trạm quan trắc bị ảnh hưởng do hoạt động công nghiệp ........................................................................................................ 23 Hình 2.8. Nồng độ bụi lơ lửng trung bình năm tại các trạm quan trắc bị ảnh hưởng do hoạt động giao thông năm 2019. ................................................................................................ 24 Hình 2.9. Nồng độ bụi PM10 trung bình năm 2019 tại một số trạm quan trắc ................... 24 Hình 2.10. Nồng độ bụi PM2.5 trung bình năm 2019 tại một số trạm quan trắc................. 25 Hình 2.11. Thiết lập ô lưới cho mô hình TAPM ................................................................ 39 Hình 2.12. Thông số đầu vào và kết quả đầu ra của mô hình EMISENS .......................... 47 Hình 3.1. Lượng nhiên liệu sử dụng trung bình năm 2017 ................................................ 50 Hình 3.2. Tải lượng phát thải PM2.5 từ hộ gia đình phân theo quận, huyện ....................... 51 Hình 3.3. Tải lượng phát thải PM2.5 phát sinh từ nhà hàng – quán ăn ............................... 52 Hình 3.4. Tổng lượng phát thải nguồn diện ....................................................................... 53 Hình 3.5.Tổng phát thải nguồn công nghiệp ...................................................................... 55 Hình 3.6. Tổng lượng phát thải các nguồn thải chính tại Tp,HCM ................................... 60 Hình 3.7. Tổng phát thải PM2.5 theo từng nguồn thải nhỏ ................................................. 61 Hình 3.8. Bản đồ phân bố hiện trạng phát thải PM2.5 năm 2017 ........................................ 63 Hình 3.9. Thiết lập mô hình khí tượng ............................................................................... 64 Hình 3.10. Tương quan giữa nhiệt độ mô phỏng và nhiệt độ quan trắc tháng 6/2017 ....... 66 Hình 3.11. Tương quan giữa nhiệt độ mô phỏng và nhiệt độ quan trắc tháng 12/2017 ..... 66 Hình 3.12. Tương quan giữa nồng độ PM2.5 mô phỏng và PM2.5 quan trắc trại trạm Nguyễn Văn Cừ .................................................................................................................. 67 Hình 3.13. Nồng độ PM2.5 trung bình 1h cao nhất năm 2017 ............................................ 68 Hình 3.14. Nồng độ PM2.5 trung bình 24 giờ trong năm 2017 ........................................... 69 Hình 3.15. Nồng độ PM2.5 trung bình năm 2017 ................................................................ 70 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Mức độ tương quan từ hệ số R2 ........................................................................... 8 Bảng 2.1. Thành phần các chất trong không khí khi chưa bị ô nhiễm ............................... 14 Bảng 2.2. Nồng độ PM2.5 trung bình năm 2018 tại một số quốc gia (μg/m3)..................... 18 Bảng 2.3. Chất lượng không khí Tp.HCM năm 2017 ........................................................ 20 Bảng 2.4. Thành phần PM2.5 được sử dụng làm đầu vào cho mô hình CTM .................... 42 Bảng 3.1. Hệ số phát thải PM2.5 khi đốt một kg nhiên liệu (đơn vị: g/kg) ......................... 48 Bảng 3.2. Số hộ gia đình trên mỗi quận, huyện ................................................................. 49 Bảng 3.3. Lượng nhiên liệu sử dụng trung bình cho mỗi nhà hàng ................................... 52 Bảng 3.4. Lượng PM2.5 sinh ra khi đốt một kg (hoặc một lít) nhiên liệu ........................... 54 Bảng 3.5. Hệ số phát thải mô hình EMISENS ................................................................... 56 Bảng 3.6. Kết quả chạy mô hình EMISENS ...................................................................... 58 Bảng 3.7. Tổng phát thải do ma sát mặt đường, thắng xe .................................................. 59 Bảng 3.8. Tổng phát thải hoạt động giao thông đường bộ ................................................. 60 Bảng 3.9. Kết quả kiểm định giá trị nhiệt độ và tốc độ gió từ mô phỏng và từ trạm quan trắc Tân Sơn Hòa ....................................................................................................................... 65 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt AI AQI ArcGIS Tiếng Anh : Artificial Intelligence : Air Quality Index : BTNMT CSIRO : : CTM EEA : : EMEP/EEA : EMISENS : FVM GREEN ID KCN KCX LPG MM5 PM2.5 QCVN TAPM TAPOM : : : : : : : : : : Tp.HCM/ HCMC WHO : Tiếng Việt : Trí tuệ nhân tạo : Chỉ số chất lượng không khí Phần mềm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý Bộ Tài nguyên và Môi trường Commonwealth Scientific : Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp và and Industrial Research Khoa học thuộc Khối Thịnh vượng Organisation chung Chemical Transport Model : Mô hình vận chuyển quang hóa học European Environment : Cơ quan Bảo vệ môi trường Châu Âu Agency Hướng dẫn kiểm kê phát thải của Cơ quan bảo vệ môi trường châu Âu Emission Sensibility : Mô hình tính phát thải từ hoạt động giao thông đường bộ EMISENS Finite Volume Model : Mô hình FVM Trung tâm phát triển sáng tạo xanh Khu công nghiệp Khu chế xuất Liquified Petroleum Gas : Khí hóa lỏng Mesoscale Model : Mô hình MM5 Bụi có đường kính ≤ 2.5µm Quy chuẩn kỹ thật quốc gia The Air Pollution Model : Mô hình TAPM Transport and Air Pollution : Mô hình TAPOM Model Ho Chi Minh City : Thành phố Hồ Chí Minh : World Health Organization x : Tổ chức y tế thế giới CHƯƠNG 1 1.1. MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Song song với quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tại các khu vực đô thị trên thế giới, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng hơn, trong đó ô nhiễm không khí là một trong những thách thức và luôn thu hút được quan tâm hàng đầu của các chính quyền đô thị. Theo tổ chức y tế thế giới (WHO) đã ước tính rằng ô nhiễm không khí là nguyên nhân tử vong của khoảng 8.000.000 người/năm tại các nước đang phát triển. Việt Nam cũng không nằm ngoài sự ô nhiễm đó, thống kê của WHO năm 2016, Việt Nam có hơn 60.000 người chết do bệnh tim, phổi và các bệnh khác liên quan đến ô nhiễm không khí (WHO, 2018). Tp.HCM là thành phố phát triển kinh tế bậc nhất Việt Nam. Nơi đây thu hút rất nhiều nguồn nhân lực từ khắp mọi miền đất nước và cả nhà đầu tư nước ngoài. Song song với việc đẩy mạnh phát triển kinh tế, thu hút đầu tư thì ô nhiễm môi trường không khí tại Tp.HCM đang ở mức báo động và có nguy cơ ngày càng tăng. Các chất gây ô nhiễm không khí bao gồm: CO, CO2, NOx, TSP, SO2, bụi mịn (PM10), … và đặc biệt hơn là PM2.5. Bụi PM2.5 gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người dân sinh sống tại khu vực đô thị nhưng vẫn chưa có biện pháp kiểm soát và quản lý thích hợp. Bụi PM2.5 chủ yếu phát thải do các hoạt động chính: hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt gây ra. Theo số liệu từ Sở Giao thông vận tải TP.HCM tính đến tháng 4 năm 2017, thành phố có 9 triệu phương tiện đang hoạt động, trong đó có 7.339.522 chiếc xe máy và 637.323 xe ô tô (số liệu này chưa tính đến số xe từ các địa bàn khác nhập cư) . Hoạt động công nghiệp tại Tp.HCM tính đến năm 2017 có tất cả 3 khu chế xuất (KCX), 16 khu công nghiệp (KCN) được thành lập; có 30 cụm công nghiệp trên diện tích 1.900 ha và còn rất nhiều nhà máy, xí nghiệp riêng lẻ. Ngoài ra, với mật độ dân số tại Tp.HCM ngày càng tăng gây áp lực lớn đến môi trường xung quanh và ô nhiễm không khí. Bên cạnh đó, việc phát thải do hoạt động nấu ăn tại các hộ gia đình, quán ăn cũng thải ra một lượng lớn 1 PM2.5 ra không khí chưa được quản lý và kiểm soát. Để kiểm soát được phát thải do ô nhiễm không khí, luận văn tính toán được lượng phát thải của các nguồn thải chính tại Tp.HCM và sau đó sử dụng phương pháp mô hình hóa để mô phỏng quá trình vận chuyển, khuếch tán các chất ô nhiễm. Kết quả đầu ra của mô hình sẽ mô phỏng được quá trình lan truyền PM2.5 trong không khí giúp cơ quan quản lý có thể kiểm soát các nguồn thải hiện có và dự đoán những ảnh hưởng có thể có khi phát sinh thêm nguồn thải mới ra môi trường. Vấn đề ô nhiễm không khí, đặt biệt là bụi PM2.5 rất nguy hại đến sức khỏe con người, chúng là nguyên nhân gây ra các bệnh nguy hiểm như ung thư phổi, tắt nghẽn phổi mãn tính, tim mạch và các bệnh khó chữa trị khác. Vì thế, chúng ta phải biết được nguồn phát thải chính và vị trí phát thải của bụi PM2.5 ra môi trường. Đây chính là lý do đề tài: “Tính toán phát thải và mô phỏng lan truyền PM2.5 cho một số nguồn thải lớn tại Thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất giải pháp quản lý” được thực hiện. 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Đánh giá, xác định tải lượng bụi PM2.5 từ một số nguồn thải chính trên địa bàn Tp.HCM và đề xuất các biện pháp kiểm soát và giảm thiểu. Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung sau đây đã được thực hiện: ❖ Nội dung 1: Tính toán phát thải PM2.5 từ các nguồn phát thải chính tại Tp.HCM. Để tính phát thải PM2.5, luận văn tiến hành thực hiện các bước sau: - Thu thập dữ liệu các nguồn phát thải: dữ liệu các nguồn phát thải chính được thu thập từ các Sở, Ban ngành (gồm nguồn điểm, nguồn diện và nguồn giao thông) và các dữ liệu nhiên liệu tiêu thụ được kế thừa từ đề tài “Thiết lập bản đồ lan truyền ô nhiễm không khí đối với hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh” do tác giả Hồ Quốc Bằng thực hiện năm 2018. - Thu thập các hệ số phát thải của từng nguồn phát thải khác nhau. Các hệ số này được tham khảo từ hướng dẫn kiểm kê khí thải của Cơ quan Bảo vệ môi trường châu Âu (EEA) năm 2016. 2 - Phân tích, biên tập dữ liệu dùng để tính toán phát thải nguồn giao thông. Thực hiện chạy mô hình tính toán phát thải các chất ô nhiễm không khí (EMISENS) cho hoạt động giao thông đường bộ. Khi xe chạy, còn một lượng lớn PM2.5 sinh ra từ ma sát mặt đường và thắng xe cũng được kiểm kê, tính toán. - Từ các kết quả thu thập, tiến hành đánh giá và tính toán phát thải cho ba nguồn thải PM2.5 chính (nguồn diện, nguồn điểm và nguồn giao thông) phân theo từng quận, huyện của Tp.HCM năm 2017. ❖ Nội dung 2: Xây dựng bản đồ lan truyền bụi PM2.5 cho Tp.HCM. Để thực hiện nội dung này, mô hình The Air Pollution Model (TAPM) được áp dụng nhằm mô phỏng khí tượng Tp.HCM. Kết quả mô hình này được sử dụng là đầu vào cho mô hình Chemical Transport Model (CTM) – mô phỏng lan truyền bụi PM2.5 tại Tp.HCM. Cách thức thực hiện mô phỏng được triển khai chi tiết như sau: Thu thập bản đồ hành chính và bản đồ giao thông của Tp.HCM, sau đó thiết lập bản - đồ gồm nhiều ô lưới cho khu vực tính toán thông qua phần mềm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (ArcGIS). Phân bố phát thải lên từng ô lưới cho các hoạt động giao thông, công nghiệp và sinh - hoạt. Dựa vào màu sắc của bản đồ, xác định được các khu vực có tải lượng phát thải nồng độ cao. Xuất kết quả phát thải của từng ô lưới trong ArGIS sang file Excel để tạo dữ liệu đầu - vào cho mô hình CTM. - Tiến hành so sánh nồng độ PM2.5 theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) 05:2013/BTNMT và so sánh với tiêu chuẩn WHO. - Ứng dụng mô hình TAPM để mô phỏng khí tượng được thực hiện như sau: • Thu thập dữ liệu khí tượng quan trắc toàn cầu; • Dữ liệu sử dụng đất và địa hình cho khu vực Tp.HCM (dữ liệu này là dữ liệu toàn cầu đã được tích hợp trong mô hình TAPM); • Tiến hành khai báo số lượng, kích thước các ô lưới bao phủ khu vực nghiên cứu, đồng thời xác định tọa độ trung tâm; • Hiệu chỉnh các tham số trong mô hình mô phỏng khí tượng cho phù hợp với điều 3 kiện của Tp.HCM và kiểm định lại mô hình TAPM theo số liệu quan trắc. - Thực hiện mô phỏng chất lượng không khí qua mô hình CTM: • Dữ liệu địa hình và sử dụng đất đã được tích hợp trong mô hình TAPM; • Dữ liệu khí tượng được cung cấp bởi mô hình TAPM; • Dữ liệu tải lượng phát thải theo đơn vị thời gian (kg/ngày) cho các nguồn kiểm kê khí thải và dữ liệu từ bản đồ phân bố phát thải trong không gian; • Dữ liệu đường cong phân bố tải lượng theo giờ trong ngày đối với nguồn giao thông đường bộ. • Kiểm định kết quả mô phỏng của mô hình CTM với số liệu quan trắc chất lượng không khí từ trạm quan trắc đặt tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên trên đường Nguyễn Văn Cừ. ❖ Nội dung 3: Đề xuất biện pháp kiểm soát và quản lý các nguồn phát thải bụi PM2.5 trên địa bàn Tp.HCM. Sau khi tính được nồng độ PM2.5 và lan truyền của chúng trong không gian, đề tài đưa ra một số giải pháp kiểm soát chất lượng không khí nói chung và bụi PM2.5 nói riêng sẽ được đề xuất cho Tp.CHM. 1.3. Phương pháp nghiên cứu 1.3.1. Hướng tiếp cận đề tài Để đạt đươc các nội dung nêu trên, tác giả đã xác định cách tiếp cận và triển khai đề tài theo sơ đồ sau: 4 Thu thập dữ liệu phát thải Nguồn diện Nguồn điểm Nguồn giao thông Kiểm kê phát thải PM2.5 Mô hình EMISENS Mô hình TAPM Dữ liệu khí tượng toàn cầu Phần mềm ArcGIS Kiểm định đạt Phân bố tải lượng PM2.5 lên không gian Mô phỏng khí tượng Tp.HCM Mô hình CTM Kiểm định đạt Mô phỏng lan truyền PM2.5 Xây dựng bản đồ lan truyền PM2.5 cho Tp.HCM Phần mềm Surfer Đề xuất biện pháp kiểm soát, quản lý PM2.5 Hình 1.1. Sơ đồ cách thực hiện đề tài 1.3.2. Phương pháp nghiên cứu Để đạt được các nội dung nêu trên, các phương pháp sau đã được áp dụng: 1.3.2.1. Phương pháp kế thừa Trong quá trình thực hiện, bài luận văn có kế thừa các nghiên cứu đã có từ trước: kế thừa nguồn thông tin, dữ liệu liên quan, cũng như kế thừa số liệu được thu thập từ các cơ quan, đơn vị. Cụ thể kế thừa bộ số liệu phục vụ tính toán phát thải từ đề tài của Sở Khoa học và 5 Công nghệ Tp.HCM: “Thiết lập bản đồ lan truyền ô nhiễm không khí đối với hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh” do tác giả Hồ Quốc Bằng thực hiện năm 2018 (Bằng H. Q., 2018), ở đề tài này chỉ tính phát thải cho các chất NOx, SO2, CO, NMVOC, CH4 và bụi và mô phỏng lan truyền ô nhiễm cho các chất NO2, SO2, CO, O3. Tuy nhiên, đề tài chưa thực hiện tính toán cho PM2.5. 1.3.2.2. Phương pháp tính phát thải khí thải nguồn diện Nguồn diện được xác định là bao gồm các nguồn phát thải nhỏ không xác định hoặc có nhiều nguồn không được xét vào nguồn điểm. Bên cạnh đó, nguồn diện lại có đóng góp lớn vào tổng lượng phát thải ô nhiễm tại thành phố, các nguồn diện gây phát thải như: đun nấu hộ dân, nhà hàng, cây xăng, công trình xây dựng, chùa, cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, các cơ sở in ấn, cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy, … Trong Luận văn này nguồn diện được xét đến là sinh hoạt nấu ăn của hộ gia đình, nhà hàng – quán ăn. Lượng phát thải được tính toán bằng cách nhân công suất với hệ số phát thải tương ứng cho từng nguồn riêng biệt theo công thức chung của Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, năm 2005 và CORINAIR 2009, Công thức tổng quát như sau: E = FC x EF (1.1) Trong đó: E = Phát thải (g/năm) FC = Lượng nhiên liệu tiêu thụ của mỗi loại nhiên liệu (kg/năm) EF = Hệ số phát thải (g/kg) Đối với nguồn diện, tổng lượng phát thải PM2.5 được tính từ tổng số lượng nhiên liệu sử dụng nhân với hệ số phát thải được tính riêng cho từng nguồn riêng biệt. Để tiến hành quá trình kiểm kê lượng phát thải PM2.5 do nguồn diện phát ra trên địa bàn Tp. HCM, nghiên cứu tiến hành thu thập thông tin từ các Sở, Ban, Ngành Tp. HCM, … kết hợp với kết quả phỏng vấn, điều tra, khảo sát trực tiếp tại thành phố từ nghiên cứu của tác giả Hồ Quốc Bằng. Các nguồn phát thải được coi là nguồn diện được đánh giá trong kiểm kê phát thải tại Tp. HCM là các nguồn đại diện, đặc trưng bao gồm hai hoạt động đun nấu 6 từ khu dân cư và các nhà hàng ăn uống lớn trên địa bàn. 1.3.2.3. Phương pháp tính phát thải khí thải nguồn điểm Để tính phát thải nguồn điểm, luận văn sử dụng phương pháp dựa vào hệ số phát thải và hệ số hoạt động. Đây là phương pháp phù hợp trong điều kiện khí hậu và thời tiết Việt Nam. Nguồn điểm trong bài này chính là phát thải do hoạt động công nghiệp và hệ số phát thải của chúng tại Việt Nam hầu như chưa có và chưa chuẩn. Vì thế, bộ hệ số phát thải được dùng trong bài được tham khảo từ hướng dẫn kiểm kê phát thải của Cơ quan bảo vệ môi trường Châu Âu (EMEP/EEA) năm 2016. Đây cũng là phương pháp và hệ số phát thải được Cục kiểm soát ô nhiễm/Bộ Tài nguyên và môi trường (BTNMT) đề nghị sử dụng trong các nghiên cứu kiểm kê khí thải nguồn điểm tại Việt Nam (Bằng H. Q., 2018). Công thức chung để tính toán phát thải tại nguồn như sau: E = AR × EF × (1 – ER/100) (2.2) Trong đó: E: mức độ phát thải, kg/năm EF: hệ số phát thải, kg/tấn AR: nhiên liệu sử dụng, tấn/năm ER: hiệu suất của hệ thống xử lý ô nhiễm không khí (%) Từ công thức trên, để kiểm kê được nguồn thải PM2.5 trong công nghiệp, luận văn sẽ thống kê lượng nhiên liệu sử dụng từ các nhà máy, xí nghiệp,… và hiệu suất xử lý của từng nhà máy trong và ngoài các khu công nghiệp trên địa bàn thành phố. Đối với các nhà máy không rõ công nghệ xử lý khí thải, luận văn sẽ tính ER = 0. 1.3.2.4. Phương pháp mô hình hóa Đây là phương pháp chính khi thực hiện đề tài. Phương pháp mô hình hóa cho phép luận văn sử dụng các mô hình sẵn có để tính toán nguồn ô nhiễm trong giao thông đường bộ, mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi PM2.5. Có rất nhiều mô hình được sử dụng để mô phỏng 7