BỘ TÀI NGUYÊN
VÀ MÔI TRƯỜNG
4702Thao@
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CÁC CHẤT
KHÍ Ô NHIỄM TỪ HOẠT ĐỘNG ĐỐT TRẤU TẠI VÙNG
TÂY NAM BỘ

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

CHỬ HOÀNG LAN

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CÁC CHẤT
KHÍ Ô NHIỄM TỪ HOẠT ĐỘNG ĐỐT TRẤU TẠI VÙNG
TÂY NAM BỘ

CHỬ HOÀNG LAN
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 8440301

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Chử Hoàng Lan

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS.
Phạm Thị Mai Thảo và TS. Đào Thành Dương là người trực tiếp hướng dẫn khoa
học, tận tình giúp đỡ và định hướng giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cô Phạm Hồng Phương, cô Trịnh Thị Thắm, thầy
Lê Văn Sơn, thầy Nguyễn Thành Trung và các thành viên trong nhóm nghiên cứu
đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này.
Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy, Cô giáo trong Khoa Môi trường
thuộc Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Tôi xin ghi nhận và biết
ơn sự giúp đỡ quý báu của các Thầy, Cô.
Tôi xin trân trọng cám ơn người dân tỉnh An Giang đã nhiệt tình hỗ trợ, hợp
tác và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn.
Trong thời gian nghiên cứu và làm luận văn, tôi cũng đã nhận được sự hỗ
trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ từ phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại
học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh An
Giang; phòng thí nghiệm Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, tôi xin trân trọng cám ơn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự hỗ trợ kinh phí của đề tài “Nghiên cứu xác định
hệ số phát thải khí nhà kính từ hoạt động đốt hở phụ phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ)
vùng Tây Nam Bộ” mã số TNMT.2017.05.18.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình
đã động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn

1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu ....................................................................26
1.3.1 Vùng Tây Nam Bộ ....................................................................................26
1.3.2 Tỉnh An Giang ..........................................................................................29
CHƯƠNG II. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
32
2.1 Đối tượng, phạm vi và thời gian nghiên cứu ...............................................32
2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................32
2.2.1 Phương pháp khảo sát thực địa .................................................................32
2.2.2 Phương pháp xác định nồng độ các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt trấu
ngoài hiện trường ...............................................................................................35

iii


2.2.3 Phương pháp xác định nồng độ các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt trấu
trong phòng thí nghiệm ......................................................................................38
2.2.4 Phương pháp đo đạc..................................................................................40
2.2.5 Phương pháp phân tích .............................................................................43
2.2.6 Phương pháp tính toán ..............................................................................46
2.2.7 Phương pháp so sánh ................................................................................49
2.2.8 Phương pháp tổng hợp số liệu và viết báo cáo .........................................49
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 50
3.1 Đặc điểm môi trường không khí tại cơ sở xay xát khi chưa có hoạt động
đốt trấu .................................................................................................................50
3.2. Xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm phát sinh từ hoạt động đốt
trấu ngoài hiện trường ........................................................................................51
3.2.1. Nồng độ các chất khí ô nhiễm phát sinh từ hoạt động đốt trấu ngoài hiện
trường .................................................................................................................51
3.2.2 Hệ số phát thải của các chất khí ô nhiễm phát sinh từ hoạt động đốt trấu
ngoài hiện trường ...............................................................................................68


: cộng sự

ĐBSCL

: Đồng bằng sông Cửu Long

EF

: Hệ số phát thải

ER

: Tỷ lệ phát thải

GDP

: Tốc độ tăng trưởng kinh tế

GHG

: Khí nhà kính

IIP

: Chỉ số sản xuất công nghiệp

IPCC

: Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu

Hình 1.1 Hạt thóc và sản phẩm của nó sau khi xay xát...............................................4
Hình 1.2 Hàm lượng vỏ trấu trong hạt thóc ................................................................4
Hình 1.3 Lò đốt vỏ trấu dùng trong sinh hoạt ở các vùng Tây Nam Bộ .....................6
Hình 1.4 Lò đốt gạch tại tỉnh An Giang ......................................................................7
Hình 1.5 Kho lưu trữ trấu của lò đốt gạch ...................................................................7
Hình 1.6 Củi trấu thành phẩm .....................................................................................7
Hình 1.7 Mặt cắt ngang thiết bị thí nghiệm...............................................................10
Hình 1.8 Vùng Tây Bắc Himalayan (HP) của Ấn Độ (A) và Vị trí lấy mẫu (B) ......11
Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: (a) Buồng đốt; (b) Hệ thống sol khí ...............12
Hình 1.10 (a) Bản vẽ minh họa buồng đốt; (b) Bên trong buồng đốt; (c) mẫu đặt trong
khay đốt; (d) mía được đặt trong khay đốt ................................................................16
Hình 1.11 (a) Sơ đồ phác họa, (b) Tháp đốt thực tế ..................................................18
Hình 1.12 Địa điểm lấy mẫu trấu, rơm rạ, lõi ngô và bã mía tại Punjab, Pakistan. 1Vỏ
trấu, 2Rơm rạ, 3Bã mía, 4Lõi ngô...............................................................................18
Hình 1.13 Mẫu được phơi khô trên khay kim loại trong điều kiện môi trường trước
khi đốt: (a) vỏ trấu; (b) rơm rạ; (c) bã mía; (d) lõi ngô. ............................................19
Hình 1.14 Chụp hút và vị trí lấy mẫu ........................................................................21
Hình 1.15 Bản đồ hành chính vùng đồng bằng sông Cửu Long ...............................26
Hình 1.16 Bản đồ hành chính tỉnh An Giang ............................................................29
Hình 2.1 Trấu được đốt trực tiếp ngoài hiện trường và được đóng bao trước khi vận
chuyển ra Hà Nội để bảo quản ..................................................................................33
Hình 2.2 Địa điểm lấy mẫu tại Cần Đăng – Châu Thành – An Giang ......................34
Hình 2.3 Địa điểm lấy mẫu tại Bình Mỹ - Châu Phú – An Giang ............................35
Hình 2.4 Địa điểm lấy mẫu tại Định Thành – Thoại Sơn – An Giang ......................35
Hình 2.5 Vị trí đo nồng độ các chất khí ô nhiễm phát sinh từ hoạt động đốt trấu ....36
Hình 2.6 (a) Sơ đồ phác họa, (b) Hệ thống tháp đốt thực tế .....................................38
Hình 2.7 Trấu trước khi đốt và kết thúc đốt ..............................................................39
Hình 2.8 Các giai đoạn đốt trấu. (a) Gia nhiệt, (b) Cháy ..........................................39

vii

Bảng 1.2 Thành phần oxit có trong tro trấu sau khi đốt ở nhiệt độ 500oC [1] ...........5
Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố của vỏ trấu [26] ......................................................6
Bảng 1.4 Hệ số phát thải của SO2 và NOx [23] ........................................................10
Bảng 1.5 Hệ số phát thải của các chất khí gây ô nhiễm môi trường từ việc sử dụng
các nhiên liệu sinh học tại Tây Bắc Himalayan của Ấn Độ [16] ..............................11
Bảng 1.6 Hệ số phát thải của các chất gây ô nhiễm môi trường không khí từ việc đốt
phụ phẩm nông nghiệp (lúa gạo, lúa mì và ngô) ở Trung Quốc [12]........................13
Bảng 1.7 Hệ số phát thải của hoạt động đốt phế phẩm nông nghiệp trong điều kiện
phòng thí nghiệm được tại Trung Quốc [10] ............................................................15
Bảng 1.8 Hệ số phát thải của các chất khí ô nhiễm phát sinh trong quá trình đốt múa
trước khi thu hoạch [6] ..............................................................................................17
Bảng 1.9 Hệ số phát thải chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt các phế phẩm nông nghiệp
trong ngành công nghiệp và tại các hộ gia đình ở Pakistan [17]...............................20
Bảng 1.10 Hệ số phát thải của PM, CO, CO2, SO2 từ các nguồn dân sinh sử dụng
nhiên liệu sinh khối [18]............................................................................................22
Bảng 1.11 Hệ số phát thải được thể hiện bằng lượng cacbon và lượng nitơ phát sinh
trên 1kg trọng lượng sấy khô của rơm ......................................................................24
Bảng 2.1 Thông tin về các cơ sở xay xát lúa gạo ......................................................33
Bảng 2.2 Tọa độ địa điểm tiến hành thí nghiệm đốt .................................................34
Bảng 2.3 Thông tin về điều kiện khí tượng và các chất khí ô nhiễm ........................37
Bảng 3.1 Đặc điểm không khí xung quanh tại ba vị trí nghiên cứu ..........................50
Bảng 3.2 Nồng độ CO phát sinh từ hoạt động đốt trấu tại các vị trí nghiên cứu (µg/m3)
...................................................................................................................................52
Bảng 3.3 Nồng độ CO2 phát sinh từ hoạt động đốt trấu tại các vị trí nghiên cứu (µg/m3)
...................................................................................................................................54
Bảng 3.4 Nồng độ NO2 phát sinh từ hoạt động đốt trấu tại các vị trí nghiên cứu
(µg/m3) ......................................................................................................................57
ix



x


Bảng 3.30 So sánh hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm với các nghiên cứu khác ..87
Bảng 3.31 Hệ số phát thải của NO2 và SO2 trong nghiên cứu này và của Phạm Thị
Mai Thảo (g/kg) ........................................................................................................87

xi


MỞ ĐẦU
1 Đặt vấn đề
Trấu là phụ phẩm phát sinh từ hoạt động sản xuất lúa gạo, chiếm 20% khối
lượng lúa được xay xát. Hiện nay, trấu được dùng để sấy lúa, sản xuất củi trấu, bán
cho các lò gạch, sử dụng trong đun nấu tại các cơ sở tiểu thủ công nghiệp và hộ gia
đình. Tuy nhiên, đốt bỏ trấu là hình thức xử lý phổ biến khi lượng phát sinh lớn và
các nhà máy xay xát không có khả năng chứa hoặc tiêu thụ kịp thời. Việc đốt hở trấu
làm phát sinh các chất khí ô nhiễm như khói, bụi, CO, CO2, NO2, SO2… góp phần
gây nên ô nhiễm môi trường không khí nói chung và gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến
biến đổi khí hậu nói riêng.
Tây Nam Bộ là vùng trọng điểm về sản xuất lương thực, đặc biệt là sản xuất
lúa gạo với diện tích và sản lượng luôn đứng đầu cả nước. Tuy nhiên, đây cũng là
vùng có hoạt động đốt trấu phổ biến do lượng phát sinh lớn, lượng trấu phát sinh hàng
năm luôn ở mức 4 - 5 triệu tấn.
Hệ số phát thải (Emission Factor – EF) là một công cụ rất hiệu quả để ước tính
mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí và đang được sử dụng rộng rãi phục vụ
công tác kiểm kê phát thải ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, EF phụ thuộc rất
nhiều yếu tố như trình độ công nghệ, điều kiện môi trường, hệ thống kiểm soát ô
nhiễm không khí, nguyên/nhiên liệu sử dụng... Vì vậy, việc sử dụng EF của nước
khác vào Việt Nam để thực hiện kiểm kê phát thải có thể gây ra sai số lớn.

- Nghiên cứu xác định hệ số phát thải của các chất khí gây ô nhiễm môi trường không
khí từ hoạt động đốt trấu ngoài hiện trường
+ Chọn 03 cơ sở xay xát có hoạt động đốt hở trấu trên địa bàn tỉnh An Giang;
+ Xác định các thông số khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, hướng gió…)
tại 03 địa điểm nghiên cứu;
+ Đo nhanh nồng độ các chất khí ô nhiễm (CO, CO2, NO2, SO2, TSP) và xác
định hệ số phát thải từ hoạt động đốt hở trấu.
- Nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí
từ hoạt động đốt trấu trong phòng thí nghiệm
+ Lấy 03 mẫu trấu (cùng thời điểm lấy mẫu khí ô nhiễm tại hiện trường) tại
các cơ sở xay xát thuộc tỉnh An Giang;
+ Xác định khối lượng đốt, độ ẩm của mẫu trấu;
+ Thực hiện thí nghiệm đốt trấu trong phòng thí nghiệm;
+ Đo nhanh nồng độ các chất khí ô nhiễm (CO, CO2, NO2, SO2, TSP) từ hoạt
động đốt hở trấu và xác định hệ số phát thải từ hoạt động đốt trấu trong phòng thí
nghiệm.

3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về vỏ trấu
1.1.1 Nguồn gốc của vỏ trấu
Lúa (Oryza spp) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới cùng
với ngô, lúa mì (tiểu mạch), sắn (khoai mì) và khoai tây. Sản phẩm thu được từ cây
lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài ta sẽ thu được sản phẩm chính là gạo và các
phụ phẩm là cám và trấu.

Hình 1.1 Hạt thóc và sản phẩm của nó sau khi xay xát
1.1.2 Đặc điểm của vỏ trấu

1,7 -7,4

Dịch chiết không chứa nitơ

24,7 - 38,8

Sợi thô

31,7 - 49,9

Tro

13,2 - 29,0

Pentosan

16,9 - 22,0

Xenllulose

34,3 - 43,8

Thành phần không tan của tro trong axit (tính

13,7 - 20,8

theo lượng tro thu được)

Sau khi đốt, tro trấu chứa một hàm lượng SiO2 lớn, do vậy tro trấu được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực như làm nguyên nhiên liệu, sản xuất nhiệt năng, vật liệu

Từ bảng 1.2 và bảng 1.3 cho thấy, thành phần của vỏ trấu chủ yếu chứa các
nguyên tố C, H, O, Si còn lại các nguyên tố khác không đáng kể

5


Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố của vỏ trấu [26]
Nguyên tố

Phần trăm khối lượng (%)

C

36,4

H

4,84

O

25,11

N

0,44

S

0,17

Củi trấu duy trì cháy lâu hơn nấu trực tiếp bằng trấu hoặc than đá và có thể sử
dụng cho lò truyền thống, cà ràng, bếp than, bếp than đá... rất dễ dàng vì tính chất bắt
lửa nhanh, không có khói và khi cháy có mùi rất dễ chịu.
Bên cạnh giá thành thấp hơn so với gas, củi trấu cũng có hạn chế là chỉ phổ
biến ở vùng nông thôn, vùng ven các khu dân cư gần đô thị do phải có chỗ để củi, có
bếp lò và cần nơi thải tro.
- Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng
Trấu là một nguồn năng lượng tái tạo dồi dào ở nước ta. Trấu cũng có thể dùng
làm nguồn nguyên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, góp phần giải quyết nạn thiếu
điện cũng như tình trạng ô nhiễm môi trường do trấu dư thừa gây ra. Theo số liệu tính
toán, cứ 2 kg trấu tạo ra 1 kW điện, như vậy với khối lượng hàng triệu tấn trấu, mỗi
năm chúng ta có thể thu lại được hàng trăm MW điện. Đây có thể là một nguồn
nguyên liệu phong phú phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên, hiện nay Việt
Nam chưa có nhà máy điện nào từ vỏ trấu được đi vào vận hành.
- Các ứng dụng khác: Ngoài các ứng dụng nêu trên, vỏ trấu còn có thể làm nguyên
liệu lọc nước, nguyên liệu xây dựng sạch, làm thiết bị cách nhiệt, làm chất độn, dùng
đánh bóng các vật thể bằng kim loại, tro trấu có thể dùng làm phân bón…
1.2 Tổng quan các nghiên cứu có liên quan
1.2.1 Tổng quan về hệ số phát thải
- Khái niệm hệ số phát thải
Hệ số phát thải (Emission Factor – EF) là một đại lượng thể hiện mối liên hệ
giữa lượng chất ô nhiễm phát thải từ một nguồn với các hoạt động phát thải ra các
chất đó và thường được thể hiện dưới dạng khối lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị
khối lượng, thể tích, quãng đường hoặc thời gian của hoạt động phát thải ra nó [29].
- Ứng dụng và hạn chế của hệ số phát thải
Hệ số phát thải là một công cụ quan trọng trong việc ước tính phát thải ô nhiễm
không khí, giúp kiểm kê ô nhiễm và quyết định các chính sách nhằm giảm thiểu các
tác động xấu đến môi trường không khí.

8



Hình 1.7 Mặt cắt ngang thiết bị thí nghiệm
Lấy một lượng sinh khối đã biết đặt lên khay đựng bằng gốm của bếp điện bên
dưới ống khói. Khay đựng có 20 - 25 lỗ hổng với đường kính 0,5 cm/lỗ. Khay được
đặt trên một giá đỡ cách mặt đất 5 cm đảm bảo cung cấp oxy thích hợp trong quá
trình đốt. Khi bật, bếp điện nóng nhanh, quá trình đốt sinh khối bắt đầu diễn ra với
ba giai đoạn. Giai đoạn đầu sẽ có khói phát sinh trong một thời gian ngắn do nhiệt
phân. Giai đoạn tiếp theo, khi nhiệt độ tăng, sinh khối sẽ cháy với ngọn lửa kéo dài
khoảng 10 - 15 phút và cuối cùng âm ỉ trong một vài phút.
+ Kết quả của nghiên cứu được thể hiện trong Bảng 1.4
Bảng 1.4 Hệ số phát thải của SO2 và NOx [23]
Nhiên liệu

EF (g/kg)
SO2

NO

NO2

NOx

Gỗ

0,7 ± 0,6

1,1 ± 0,7

1,1 ± 0,3


2,2 ± 0,6

- Năm 2016, Mohit Saxena cùng các cộng sự đã xác định hệ số phát thải của các chất
khí gây ô nhiễm môi trường (PM, SO2, NO, NO2…) từ việc sử dụng các nhiên liệu
sinh học (gỗ và phân gia súc) tại các vùng nông thôn thuộc Himachal Pradesh (HP),
đại diện cho vùng Tây Bắc Himalayan của Ấn Độ.

10


+ Phương pháp tiến hành thí nghiệm: Mẫu được thu thập từ 20 vị trí khác nhau
tại HP [16]. Tổng cộng có 56 mẫu gồm 28 mẫu gỗ và 03 mẫu phân gia súc được thu
thập và đốt trong thiết bị đốt sinh khối được thiết kế theo phương pháp của
Venkataraman và Rao (2001).

Hình 1.8 Vùng Tây Bắc Himalayan (HP) của Ấn Độ (A) và Vị trí lấy mẫu (B)
+ Phương pháp tính toán: Hệ số phát thải trong nghiên cứu này được xác định
bởi công thức:
EFx =

Mx

(g/kg)

My

Trong đó:
 Mx là tổng chất ô nhiễm phát sinh (g)
 My là khối lượng khô của sinh khối khi đốt (kg)

có hệ thống về các đặc tính phát thải từ hoạt động đốt các phế phẩmcủa lúa gạo, lúa
mì và ngô tại phòng thí nghiệm của Đại học Phục Đán, Thượng Hải, Trung Quốc

11