Ảnh minh họa

Đặt vấn đề

Sức chịu tải của môi trường không khí tại một khu vực/lưu vực khí (khí vực - airshed) được hiểu là lượng tối đa của một chất ô nhiễm mà khu vực không khí/khí vực có thể tiếp nhận mà không vi phạm các tiêu chuẩn, quy chuẩn, không ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và hệ sinh thái của khu vực/khí vực đó [2]. Đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí có thể được coi như một công cụ hữu hiệu trong quản lý chất lượng môi trường không khí. Việc đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí sẽ góp phần để phân bổ hạn ngạch xả thải không khí, xác định phí xả khí thải. Bên cạnh đó, sức chịu tải còn có thể được ứng dụng trong lập quy hoạch vùng, trong quản lý môi trường vùng cũng như có thể đánh giá tải lượng các nguồn thải để kiểm soát ô nhiễm không khí để đánh giá sức chịu tải. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã kế thừa, tổng hợp các nghiên cứu trên thế giới để đề xuất quy trình đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí cho một khu vực/khí vực ở Việt Nam. Theo đó, mô hình khuếch tán chất ô nhiễm AERMOD được lựa chọn để thí điểm đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí cho một khí vực cụ thể [2]. Bài viết này giới thiệu chi tiết về các bước trong quy trình đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí.

Các bước đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí

Việc đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí (ĐGSCTMTKK) được thực hiện theo quy trình 5 bước:

Xác định, lựa chọn khu vực đánh giá sức chịu tải

Để có quy hoạch tổng thể phát triển KT-XH, quy hoạch phát triển ngành cụ thể cho địa phương (tỉnh, thành phố) hoặc quốc gia thì ĐGSCTMT (môi trường nước mặt, nước biển ven bờ, không khí) phải đi trước một bước. Vì vậy, việc ĐGSCTMT nói chung và MTKK nói riêng ở quy mô quốc gia và địa phương là rất cần thiết. Tuy nhiên, việc ĐGSCTMT không dễ thực hiện do cần nhiều điều kiện, nguồn lực. Ở những nước tiên tiến, các số liệu về khí tượng, địa hình, phát thải đã được thu thập, lưu trữ, xây dựng thành CSDL trên phạm vi toàn quốc nên rất dễ trích rút làm đầu vào cho các mô hình dùng trong ĐGSCTMTKK, do đó, có thể đánh giá được sức chịu tải định hướng cho lập quy hoạch phát triển và đánh giá hiệu quả các nỗ lực giảm thiểu ONMT. Trong khi đó ở Việt Nam hiện nay, chưa xây dựng được CSDL như vậy, chắc chắn việc tính toán, ĐGSCTMT sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Trong thời gian tới, muốn phát triển đúng hướng bền vững kết hợp BVMT thì sớm muộn các cơ sở dữ liệu phải được ưu tiên tạo dựng. Trong bối cảnh Việt Nam như vậy, việc lựa chọn khí vực để ĐGSCT là tùy thuộc vào nhu cầu, mục đích quản lý MTKK của cơ quan quản lý ở trung ương và địa phương. Mỗi địa phương có thể chủ động thực hiện việc ĐGSCT của MTKK trên địa bàn để phục vụ công tác quy hoạch, quản lý môi trường.

Xác định các thông số ONKK để đánh giá sức chịu tải

Về nguyên tắc, tất cả các yếu tố chất lượng không khí (CLKK) xung quanh có trong quy chuẩn, tiêu chuẩn đều là thông số cần tính đến khi ĐGSCT của khu vực được chọn. Hiện nay, QCVN 05:2013/BTNMT vẫn là quy chuẩn do Bộ TN&MT ban hành được áp dụng cho chất lượng MTKK xung quanh. Theo đó, có 8 thông số được đưa vào quy chuẩn này, bao gồm: SO2, CO, NO2, O3, TSP, PM10, PM2,5 và Pb [1], trong đó O3 thường phải đánh giá riêng vì là chất ô nhiễm thứ cấp không phải từ phát thải của các nguồn thải. Thông thường, các thông số có mức phát thải lớn, có tính độc hại cao, có nồng độ quan trắc tại một số điểm ở mức cảnh báo sẽ được chọn để ĐGSCT MTKK.

Ở Việt Nam, trong các thập niên đầu Thế kỷ 21, bụi với 3 thông số TSP, PM10, PM2,5 được quan tâm nhiều vì nồng độ đo được ở mức cao ở nhiều vùng và được cảnh báo trong các báo cáo môi trường quốc gia. Trong 3 thông số bụi, bụi mịn PM2,5 (kích thước bụi nhỏ hơn 2,5 µm) được cả thế giới quan tâm vì chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, có thể đi sâu vào phổi, gây ra những bệnh liên quan đến hô hấp, tim mạch và cả ung thư phổi dẫn đến nhiều ca tử vong sớm đã được ghi nhận [7]. Ở miền Bắc Việt Nam, có nhiều nhà máy nhiệt điện chạy than với hàm lượng lưu huỳnh cao nên phát thải lượng lớn khí SO2, là khí có thể gây mưa axít và tạo bụi thứ sinh. Ở các thành phố lớn, lượng phương tiện giao thông hoạt động nhiều có thể phát thải lượng lớn oxít nitơ nên thông số NOx cũng cần tính đến khi đánh giá sức chịu tải MTKK.

Thu thập, xử lý số liệu đầu vào

Đây là công việc rất quan trọng nhưng đồng thời cũng là công việc gặp nhiều khó khăn nhất. Bởi vì, để đánh giá sức chịu tải MTKK cần rất nhiều số liệu mà ở Việt Nam không có sẵn như ở các nước tiên tiến.

Thu thập, xử lý số liệu về CLKK: Trước hết, phải thu thập được số liệu quan trắc CLKK đối với thông số cần đánh giá sức chịu tải tại tất cả các trạm đo tự động liên tục trên địa bàn nghiên cứu trong thời gian đủ dài, ít nhất là 1 năm. Yêu cầu số liệu là giá trị nồng độ các thông số đo 24/24 giờ của tất cả các tháng trong năm được tổng hợp trong tệp định dạng excel. Số liệu này được coi là số liệu chính thống, đủ độ chính xác để đánh giá CLKK. Bên cạnh đó, số liệu này được dùng để kiểm tra, hiệu chỉnh kết quả tính toán nồng độ chất ô nhiễm từ mô hình lan truyền chất ONKK trong khí quyển. Số liệu sau xử lý có thể đưa thành bảng, hình hoặc bản đồ CLKK làm cơ sở đánh giá sức chịu tải MTKK của địa phương.

Thu thập, xử lý số liệu về khí tượng: Số liệu khí tượng là đầu vào bắt buộc của mô hình tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển. Các yếu tố như hướng gió, tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm,... cùng các thông số đặc trưng cho độ ổn định khí quyển ảnh hưởng đến vận chuyển, khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn đến nơi tiếp nhận. Mỗi mô hình lan truyền chất ô nhiễm có yêu cầu khác nhau về số liệu khí tượng, có mô hình không yêu cầu cao nhưng có mô hình đòi hỏi có số liệu khí tượng từng giờ trong thời gian dài với nhiều thông số đo và tính toán.

Số liệu này có thể lấy từ các trạm đo khí tượng hoặc chạy mô hình khí tượng. Ở các nước tiên tiến như Mỹ hoặc các nước châu Âu, người ta xây dựng được CSDL khí tượng và sẵn sàng cung cấp cho người có nhu cầu sử dụng. Ở Việt Nam chưa có dịch vụ kiểu này nhưng nếu có yêu cầu thì một số tổ chức quốc tế có thể cung cấp/ bán số liệu khí tượng để chạy mô hình, chỉ cần cung cấp tọa độ điểm muốn có số liệu và định dạng file số liệu. Hiện đã có nhiều tổ chức của Việt Nam mua số liệu khí tượng từ các tổ chức nước ngoài để chạy mô hình lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển hoặc cũng có thể mua qua các công ty môi giới của Việt Nam.

Thu thập, xử lý số liệu về mức độ phát thải chất ONKK: Cần xác định các nguồn phát thải chất ONKK (thông số cần đánh giá sức chịu tải) với thải lượng cụ thể làm đầu vào cho mô hình lan truyền chất ONKK. Để tính được thải lượng thông số ô nhiễm, cần thu thập các số liệu hiện có về tình hình phát triển kinh tế xã hội của địa phương và các khu vực lân cận, đặc biệt là số liệu về hoạt động các ngành kinh tế (công nghiệp, giao thông, nông nghiệp, các KCN, CCN, các nhà máy lớn,...); số liệu về dân số, phân bố dân số, số liệu về làng nghề, về xử lý chất thải rắn; số liệu về sử dụng đất và các số liệu khác. Tùy từng loại nguồn thải mà xác định thông số, chỉ thị về hoạt động, sản xuất và tìm kiếm hệ số phát thải tương ứng để tính mức thải cho từng nguồn:

Mức thải (đơn vị khối lượng/đơn vị thời gian) = mức độ hoạt động KT-XH x hệ số phát thải.

Hiện nay, Việt Nam chưa có bộ hệ số phát thải chính thức cho các hoạt động KT-XH mà mới chỉ xác định được một số ít hệ số phát thải cho hoạt động giao thông và một số ngành công nghiệp trong các nghiên cứu, chương trình, dự án. Trong bối cảnh như vậy, có thể tham khảo các kết quả nghiên cứu này cũng như tham khảo bộ hệ số phát thải chi tiết cho từng loại hình sản xuất của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) hoặc phương pháp xác định hệ số phát thải nguồn tĩnh (AP-42) của Cục BVMT Hoa Kỳ (USEPA) [5, 6].

Bên cạnh đó, việc thu thập được các bản đồ quy hoạch sử dụng đất, bản đồ phân bố dân số, bản đồ hiện trạng sử dụng đất,... và phân bố theo không gian, diễn biến theo thời gian của các yếu tố đặc trưng cho phát triển của các ngành kinh tế, sản lượng của các sản phẩm sản xuất trên địa bàn cũng sẽ giúp ước tính phát thải và chuyển thành các tệp số liệu đầu vào của mô hình lan truyền chất ONKK, tính toán phân bố nồng độ các chất ô nhiễm trên địa bàn nghiên cứu.

Trong điều kiện nguồn lực hạn chế, không cho phép thực hiện khảo sát sâu thực địa, một nguồn số liệu khác cần thu thập là số liệu tính toán phát thải chất ONKK từ các đề tài nghiên cứu khoa học, các chương trình, dự án và các báo cáo môi trường của các cơ quan chức năng. Có thể coi đây là nguồn tài liệu thật sự hữu ích, giúp thêm cơ sở khoa học đánh giá CLKK và ước tính mức phát thải chất ô nhiễm.

Các tệp số liệu đầu vào của mô hình phải được xử lý theo đúng định dạng mà mô hình lan truyền chất ô nhiễm yêu cầu, chỉ khi tất cả đầu vào đáp ứng yêu cầu mô hình mới cho phép chạy. Đối với tệp số liệu về nguồn thải, cần chứa các thông số về mức thải của tất cả các nguồn thải [4], cụ thể như sau:

Các thông số về nguồn thải dạng điểm: Vị trí nguồn thải (tọa độ), chiều cao ống khói, đường kính ống khói, nhiệt độ khí thải, lưu lượng và thải lượng của thông số ô nhiễm (g/s).

Các thông số về nguồn thải dạng đường: Chiều dài, chiều rộng, vị trí (tọa độ một số điểm trên đường), thải lượng (g/m2/s).

Các thông số về nguồn thải dạng vùng (nguồn mặt): Vị trí (tọa độ), thải lượng (g/m2/s).

Như vậy, kết quả thu được từ bước này là: Bản đồ, hình vẽ, bảng biểu chỉ ra mức CLKK khu vực nghiên cứu, từ đó có thể đánh giá được khả năng chịu tải của không khí, trả lời được câu hỏi MTKK còn hay không còn khả năng chấp nhận thêm chất ONKK; các tệp số liệu nguồn thải có thể chạy được mô hình lan truyền chất ô nhiễm.

Áp dụng mô hình đánh giá sức chịu tải của MTKK

Để chạy được mô hình cho kết quả tốt, phải trải qua các khóa học để hiểu hết công dụng và những khả năng sắp xếp đầu vào theo yêu cầu bài toán thực tế. Các công việc cần thực hiện để áp dụng mô hình đánh giá sức chịu tải của MTKK bao gồm:

(i) Nhập dữ liệu đầu vào: Để chạy mô hình, việc đầu tiên là thực hiện nhập dữ liệu đầu vào của mô hình theo định dạng của mô hình theo thứ tự như sau: Dữ liệu địa hình: Dữ liệu này đi kèm với mô hình ở dạng tệp và được nhập vào mô hình; dữ liệu khí tượng: Cũng giống như dữ liệu địa hình, dữ liệu khí tượng thu được từ bước trên được nhập vào mô hình dưới dạng tệp; dữ liệu nguồn thải: Nhập dữ liệu về tất cả các loại nguồn thải đã đượcxử lý thành dạng tệp ở trên vào mô hình.

(ii) Hiển thị kết quả chạy mô hình: Sau khi nhập đầy đủ dữ liệu theo yêu cầu của mô hình, mô hình sẽ xuất ra file kết quả về giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm. Chọn một trong các trường hợp sau để thực hiện các công việc tiếp theo trong bước này:

Nếu nồng độ chất ô nhiễm (cả theo số liệu đo và kết quả mô hình) còn thấp, dưới ngưỡng ô nhiễm, nghĩa là không khí khu vực còn khả năng tiếp tục nhận thêm lượng chất ô nhiễm nào đó, cần xây dựng các kịch bản tăng phát thải và chạy lại mô hình. Việc chạy lại mô hình được thực hiện lại theo quy trình ở trên chỉ khác là thay đổi số liệu đầu vào về nguồn thải tương ứng với từng kịch bản tăng phát thải. Khi đó, sẽ chọn được kịch bản tốt nhất, cho kết quả nồng độ chất ô nhiễm tính được không vượt quy chuẩn cho phép và mức tăng thêm phát thải có thể coi là mức chịu tải thêm chất ONKK của địa bàn.

Việc xây dựng kịch bản rất quan trọng nhưng không dễ dàng. Kịch bản phải dựa trên quy hoạch phát triển của khu vực nghiên cứu nên phạm vi không gian khá rộng. Hơn nữa, các quy hoạch phát triển nhiều khi chưa đủ chi tiết để có thể xác định mức thải của các nguồn thải phát sinh. Khi có những quy hoạch ngành chi tiết sẽ giúp xác định cụ thể các nguồn phát thải, ước tính được mức thải làm đầu vào chạy mô hình. Ví dụ, Quy hoạnh điện VIII [3] chỉ ra những nhà máy nhiệt điện chạy than mới sẽ được xây dựng ở khu vực nghiên cứu và đây sẽ là nguồn thải phát sinh thêm.

Khi nồng độ chất ô nhiễm (đo và tính theo mô hình) đã vượt quy chuẩn cho phép, có thể kết luận ngay là không khí không còn khả năng chịu tải chất ô nhiễm mà phải tìm cách giảm phát thải để đưa nồng độ chất ô nhiễm đạt mức quy chuẩn cho phép. Quy trình xác định mức giảm phát thải cũng được làm tương tự như quy trình tăng phát thải ở mục trên, chỉ khác ở đây là xây dựng các kịch bản giảm phát thải, chạy mô hình lan truyền để xem kịch bản nào có thể đưa nồng độ chất ô nhiễm về mức tuân thủ quy chuẩn. Khi đó sẽ có mức thải chất ô nhiễm đối với từng loại nguồn thải để có CLKK ở mức chấp nhận được (đáp ứng QCVN). Khi có số liệu về chi phí giảm phát thải của từng loại nguồn thải còn có thể áp dụng phương pháp chi phí hiệu quả để xác định kịch bản có mức tổng chi phí thấp nhất để kiến nghị thực hiện.

(iii) Kiểm chứng mô hình: Thực hiện chạy mô hình lan truyền chất ô nhiễm tính nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí các điểm đặt trạm quan trắc tự động. Khi đó, sẽ có 2 dãy số liệu nồng độ chất ô nhiễm (dãy số liệu đo và dãy số liệu mô hình) theo từng giờ, đưa chúng lên đồ thị sẽ thấy được mối tương quan giữa số liệu đo và số liệu từ mô hình. Trong thực tế, tương quan này không phải khi nào cũng rõ nét vì kết quả mô hình không thể lột tả hết được mọi yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ chất ô nhiễm. Nhưng với số lượng mẫu số liệu lớn (lên tới vài nghìn), vẫn có thể chỉ ra mối tương quan gần đúng, cho phép hiệu chỉnh số liệu mô hình để sát hơn với số liệu quan trắc. Với mức tương quan đủ lớn, có thể xác định phương trình hồi quy xác định nồng độ chất ô nhiễm theo nồng độ do mô hình tính được. Khi đó, với sự giúp sức của mô hình, có thể lập được bản đồ nồng độ chất ô nhiễm cho địa bàn nghiên cứu, chỉ ra những vùng có mức độ CLKK khác nhau. Khi kết hợp kết quả quan trắc (chỉ tại một vài điểm) và kết quả chạy mô hình cho một hệ thống điểm lưới đủ dày sẽ giúp đánh giá hiện trạng CLKK cũng như không khí còn hay không còn khả năng chịu tải của địa bàn đối với chất ONKK.

Đánh giá khả năng chịu tải của khu vực đối với các chất ô nhiễm

Kết quả chạy mô hình có thể đánh giá được sức chịu tải ONKK khu vực theo các mức sau: Còn khả năng chịu tải thêm chất ONKK: Khi nồng độ quan trắc và chạy mô hình đã được hiệu chỉnh theo số liệu quan trắc đều dưới quy chuẩn cho phép. Khi đó, xây dựng kịch bản tăng thêm nguồn thải và chạy mô hình sẽ ước tính được mức phát thải tăng thêm mà nồng độ không vượt quy chuẩn cho phép.

Không còn khả năng chịu tải thêm: Khi nồng độ quan trắc và chạy mô hình đã vượt quy chuẩn cho phép. Khi đó phải xây dựng kịch bản giảm phát thải, chạy lại mô hình để xác định kịch bản giảm phát thải nào có thể đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm không vượt quy chuẩn cho phép và mức giảm phát thải của kịch bản này phải được thực hiện. Bài toán này sẽ hoàn thiện hơn nếu tính thêm chi phí hiệu quả từng kịch bản giảm thải.

Những thuận lợi, khó khăn trong việc đánh giá sức chịu tải của môi trường không khí trong bối cảnh Việt Nam hiện nay

Trong bối cảnh phát triển KT-XH và hoạt động BVMT hiện nay, đã xuất hiện cả những thuận lợi và khó khăn đối với việc thực hiện đánh giá sức chịu tải của MTKK.

Về thuận lợi, thứ nhất, Nhà nước, nhân dân đều đã nhận thức được vấn đề ONKK và những tác hại to lớn do chúng gây ra cho phát triển kinh tế, sức khỏe và hoạt động sống của cư dân. Thứ hai, các công cụ phục vụ đánh giá sức chịu tải MTKK đã được hoàn thiện trong thời gian gần đây, từ thiết bị quan trắc, mô hình khí tượng, mô hình lan truyền chất ô nhiễm, công cụ GIS và bản đồ,…đều đã hiện hữu đâu đó ở Việt Nam. Thứ ba, hệ thống quan trắc MTKK tự động đã được xây dựng, lắp đặt ở nhiều địa phương như Hà Nội, Bắc Ninh, Quảng Ninh, Đà Nẵng,… cho số liệu đủ độ chính xác, đủ độ tin cậy. Cuối cùng, đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan tới phát thải chất ONKK, đánh giá CLKK cho nhiều khu vực của Việt Nam. Đội ngũ các nhà khoa học đã có đủ năng lực cả về số lượng và chất lượng để thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến quản lý CLKK.

Về những khó khăn, thứ nhất, việc đánh giá sức chịu tải MTKK chưa được thể chế hóa; hiện tại, vẫn chưa rõ trách nhiệm về đánh giá sức chịu tải MTKK cho cả nước, khu vực, tỉnh thành của Việt Nam. Thứ hai, chưa có số liệu chính thống về kiểm kê khí thải, chưa có cơ sở dữ liệu về CLKK, chưa có số liệu khí tượng đủ để chạy một số mô hình lan truyền chất ô nhiễm ở Việt Nam. Thứ ba, nguồn kinh phí cho nghiên cứu, thực hiện đánh giá sức chịu tải MTKK chưa được định rõ và hiện rất hạn chế.

Với những thuận lợi và khó khăn như vậy, rất cần có một nghiên cứu mang tính định hướng, chỉ rõ khả năng thực hiện đánh giá sức chịu tải MTKK ở Việt Nam. Đây sẽ là nghiên cứu tiếp theo, dự kiến được thực hiện ở Bắc Ninh để thí điểm quy trình đánh giá này.

Tài liệu tham khảo

1. Bộ TN&MT, 2013, Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT ngày 25/10/ 2013 ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường;

2. ThS. Dương Thị Phương Anh, TS. Nguyễn Trung Thắng, ThS. Hoàng Thị Hiền, GS. TS. Hoàng Xuân Cơ, Tiếp cận trong đánh giá sức chịu tải của MTKK và hướng áp dụng cho Việt Nam, Tạp chí Môi trường số 02/2021 ISSN 1859-042X;

3. Quang Lộc, Quy hoạch Điện VIII đã trình lên Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, ngày 31/3/2021;

4. Phạm Ngọc Hồ, Trịnh Thị Thanh, Đồng Kim Loan, 2006, Cơ sở MTKK và nước. Giáo trình giảng dạy Đại học, ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội;

5. Tổng cục Môi trường, 2016, Báo cáo tổng hợp dự án “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng bộ hệ số phát thải phục vụ kiểm soát khí thải đối với một số ngành công nghiệp chính ở Việt Nam (triển khai thí điểm cho ngành xi măng, nhiệt điện và ngành sản xuất sử dụng lò hơi công nghiệp)”;

6. Tổng cục Môi trường, 2009, Báo cáo kết quả nghiên cứu tiểu đề tài 4 “Thử nghiệm kiểm kê lượng phát thải các thông số ô nhiễm của một số loại phương tiện giao thông cơ giới đường bộ điển hình tại Hà Nội”;

7. Viện Chiến lược, Chính sách TN&MT, 2016, Báo cáo tổng hợp dự án “Điều tra, đánh giá, xây dựng khung chính sách và pháp luật về không khí sạch ở Việt Nam”.

ThS. DƯƠNG THỊ PHƯƠNG ANH, TS. NGUYỄN TRUNG THẮNG

Viện Chiến lược, Chính sách tài nguyên và môi trường,

GS.TS. HOÀNG XUÂN CƠ

Chuyên gia độc lập