09/03/2021
Ô nhiễm không khí (ÔNKK) đang là vấn đề bức xúc, thách thức đối với nhiều quốc gia trên thế giới do các tác động lớn đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Vấn đề ÔNKK đã và đang trở thành mối nguy cơ lớn ảnh hưởng tới phát triển bền vững của các quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng. Việc quản lý, nâng cao chất lượng không khí (CLKK) là hết sức quan trọng, không chỉ giảm được tác động có hại đến sức khỏe con người mà còn giúp phát triển kinh tế - xã hội đạt hiệu quả cao hơn.
Ngày 1/6/2016, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Kế hoạch hành động quốc gia về quản lý CLKK đến năm 2020, tầm nhìn 2025 tại Quyết định số 985a/QĐ-TTg. Kế hoạch có mục tiêu tăng cường quản lý CLKK thông qua kiểm soát nguồn phát sinh khí thải, giám sát CLKK xung quanh nhằm cải thiện chất lượng môi trường không khí (MTKK) và bảo đảm sức khỏe cộng đồng. Một trong những chương trình, nhiệm vụ ưu tiên của Kế hoạch là “Nghiên cứu phương pháp tính toán sức chịu tải của MTKK”. Thực hiện nhiệm vụ này, thời gian qua, Viện Chiến lược, Chính sách tài nguyên và môi trường đã rà soát tổng quan cách tiếp cận đánh giá sức chịu tải của MTKK trên thế giới và đề xuất hướng áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam. Bài viết giới thiệu nội dung cơ bản của cách tiếp cận đánh giá sức chịu tải của MTKK.
1. Sức chịu tải của MTKK và các yếu tố ảnh hưởng
Khái niệm sức chịu tải của MTKK
Từ năm 1798, Thomas Malthus đã cho rằng khả năng chịu tải của một khu vực là số người tối đa sinh sống trong khu vực đó [2]. Theo Viện Công nghệ Guwahati (Ấn Độ), tính bền vững của môi trường có thể được hiểu là khả năng chịu đựng của nó, nghĩa là khi tài nguyên luôn có sẵn để sử dụng. Vì vậy, sức chịu tải môi trường cho phép xác định số dân tối ưu có thể được hỗ trợ trong một khu vực nhất định với các cơ sở hạ tầng phù hợp để phát triển không gây hại cho môi trường [2]. Tương tự, Miller (1979) cũng cho rằng, sức chịu tải môi trường là dân số tối đa có thể được duy trì bởi một hệ sinh thái theo thời gian. Từ quan điểm khu vực, sức chịu tải có thể được định nghĩa là "mức độ hoạt động của con người mà một khu vực có thể duy trì chất lượng sống ở mức có thể chấp nhận được" (RSPB, 1993) [9].
Trong một nghiên cứu khác của Viện Nghiên cứu Đô thị quốc gia (National Institute of Urban Affairs) ở New Delhi, Ấn Độ, khái niệm “sức chịu tải” được hiểu là khả năng có hạn hay giới hạn của môi trường tự nhiên, trong đó môi trường tự nhiên đóng vai trò vừa là nơi chứa đựng, cung cấp các loại tài nguyên hỗ trợ cho hoạt động tiêu dùng của con người (khả năng hỗ trợ-supportative capacity), đồng thời vừa là nơi chứa và đồng hóa các loại chất thải (khả năng đồng hóa-assimilative capacity) [6].
Ô nhiễm không khí tác động lớn đến sức khỏe con người
Theo tổng hợp của Michael J Furniss, sức chịu tải là lượng tối đa của một chất ô nhiễm nhất định mà một lưu vực nước hoặc không khí có thể tiếp nhận mà không vi phạm các tiêu chuẩn và/hoặc ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và các dịch vụ hệ sinh thái [4]. Ở Trung Quốc, nghiên cứu tính toán sức chịu tải cho lưu vực không khí đô thị - thành phố Đường Sơn định nghĩa sức chịu tải của lưu vực không khí đô thị đối với một chất ÔNKK là sự phát thải tối đa cho phép của chất ÔNKK không khiến cho nồng độ chất ÔNKK vượt tiêu chuẩn CLKK xung quanh của đô thị [10]. Viện Công nghệ Delhi của Ấn Độ đưa ra thuật ngữ khác của sức chịu tải của MTKK, đó là khả năng đồng hóa (assimilative capacity) của MTKK, được định nghĩa là lượng tối đa chất ô nhiễm có thể được thải mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng tài nguyên không khí đã được tính toán trong khu vực quy hoạch [5].
Ở Việt Nam, theo Luật BVMT năm 2014, sức chịu tải (theo Luật BVMT năm 2020 là khả năng chịu tải) của môi trường được định nghĩa là giới hạn chịu đựng của môi trường đối với các nhân tố tác động để môi trường có thể tự phục hồi [7, 8].
Từ các định nghĩa trên, có thể khái quát lại “Sức chịu tải của MTKK tại một khu vực/lưu vực khí (hay khí vực) được hiểu là lượng tối đa của một chất ô nhiễm mà một 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”.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải MTKK
Về nguyên tắc, sức chịu tải môi trường là không cố định, có thể tăng hoặc giảm theo thời gian. Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến sức chịu tải môi trường trong đó mức độ sử dụng tài nguyên là yếu tố chính. Bên cạnh đó, việc sử dụng công nghệ cũng ảnh hưởng đến sức chịu tải, nếu công nghệ được sử dụng theo cách tích cực thì sức chịu tải môi trường sẽ được tăng lên và ngược lại. Mức độ sử dụng tài nguyên, trong nhiều trường hợp, cũng gắn liền với sự gia tăng dân số và tác động đến sức chịu tải (Hình 1).
Hình 1. Mối quan hệ giữa gia tăng dân số và sức chịu tải [2]
Các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải MTKK bao gồm: Nguồn thải; Các yếu tố khí tượng; Các phản ứng hóa học, quá trình lắng đọng; Địa hình của khu vực.
Về nguồn thải, các nguồn thải có thể chia thành loại nguồn thải theo cách phân loại khác nhau như: (i) Theo hoạt động của con người: phân thành nguồn giao thông (từ phương tiện giao thông và bụi cuốn lên từ đường bộ); nguồn công nghiệp (từ khu công nghiệp, cụm công nghiệp, nhà máy/xí nghiệp công nghiệp,…); nguồn sinh hoạt (chủ yếu từ đun nấu); nguồn nông nghiệp, bao gồm cả đốt rơm rạ ngoài đồng; nguồn từ hoạt động làng nghề; (ii) Theo đặc tính nguồn thải: Nguồn điểm mà điển hình là phát thải từ ống khói; nguồn đường (từ đường giao thông mật độ cao); nguồn mặt (từ một diện tích nào đấy)…
Về các yếu tố khí tượng, sau khi thải vào MTKK, chất ô nhiễm sẽ được vận chuyển, khuếch tán đến nhiều nơi khác theo 2 quá trình chính là vận chuyển theo các dòng khí và khuếch tán. Trong quá trình này chúng có thể bị chuyển dạng, bị lưu giữ trên các bề mặt (thực vật, đất, nước, bê tông…). Trong MTKK luôn tồn tại các dòng khí làm nhiệm vụ vận chuyển không khí cùng các thành phần khác từ nơi này qua nơi khác. Gió chính là quá trình vận chuyển ngang còn các dòng thăng, dòng giáng là quá trình vận chuyển theo chiều thẳng đứng. Gió liên tục xuất hiện theo các hướng và với vận tốc khác nhau còn dòng thăng giáng chỉ xuất hiện trong một số loại hình thời tiết nhất định. Ngoài vận chuyển theo dòng khí, chất ô nhiễm còn khuếch tán trong không khí. Có hai quá trình khuếch tán xảy ra trong chất lỏng và chất khí, đó là khuếch tán phân tử và khuếch tán loạn lưu. Trong điều kiện khí quyển thực, khuếch tán loạn lưu đóng vai trò chính. Với quá trình khuếch tán, chất ô nhiễm có thể hoà vào không khí theo mọi hướng. Khuếch tán loạn lưu phụ thuộc vào phân tầng khí quyển, cụ thể là sự phân bố theo chiều thẳng đứng của nhiệt độ và tốc độ gió, điều kiện bức xạ, mây...
Về các phản ứng hóa học, quá trình lắng đọng, trong quá trình lan truyền, chất ÔNKK có thể được tăng cường hoặc suy giảm do các phản ứng hoá học hoặc quá trình lắng đọng trên các bề mặt. Đối với bụi, đặc biệt là bụi PM2,5 rất cần chú ý tới bụi thứ sinh được hình thành thông qua phản ứng quang hóa, ngưng tụ và các quá trình khí quyển khác.
Về địa hình, vật cản, là yếu tố có thể làm thay đổi hướng gió. Đối với tính toán ở quy mô nhỏ, ảnh hưởng của địa hình lồi lõm của vật cản phải được tính đến trong dự báo ô nhiễm cũng như quy hoạch các khu công nghiệp. Trên thế giới đã có trường hợp đặt nhà máy nhiệt điện vào thung lũng kín, khí SO2 phát thải không thể lan truyền ra xa nên đã phá huỷ toàn bộ diện tích rừng trong phạm vi thung lũng. Nhiều nhà máy đặt không đúng vị trí cũng đã gây nên nhiều tác động đáng kể cho cư dân quanh vùng.
2. Tiếp cận đánh giá sức chịu tải MTKK trên thế giới
Đánh giá sức chịu tải MTKK đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới, trong đó cách tiếp cận chính là sử dụng mô hình lan truyền chất ô nhiễm. Theo đó, giá trị mục tiêu về môi trường được xác định là mức phát thải chất ô nhiễm tối đa cho phép theo một tiêu chuẩn CLKK nhất định. Để đánh giá sức chịu tải cho một khu vực/khí vực, cần lựa chọn thời gian đánh giá cũng như các vị trí kiểm soát trong khu vực đánh giá [1]. Cụ thể, một số mô hình đã được áp dụng như dưới đây.
- Nghiên cứu về sức chịu tải của MTKK ở Lan Châu, Trung Quốc đã áp dụng kết hợp các mô hình RAMS (Regional Atmospheric Modeling System-RAMS), HYPACT (Hybrid Particle and Concentration Transport Package Model) và mô hình lập trình tuyến tính với kịch bản hiện tại của các nguồn gây ô nhiễm để ước tính sức chịu tải của MTKK đối với SO2 ở Lan Châu vào mùa đông. RAMS cung cấp các điều kiện thời tiết và các thông số khí quyển cần thiết cho HYPACT để mô phỏng nồng độ chất ô nhiễm. Mô hình lập trình tuyến tính tính toán sức chịu tải của MTKK của một chất ô nhiễm vào những ngày đại diện theo tiêu chuẩn CLKK xung quanh của Trung Quốc [1].
- Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cho lưu vực khí đô thị - thành phố Đường Sơn, Trung Quốc đã ước tính tải lượng các nguồn và mô phỏng hành trình của SO2, TSP và PM10 trung bình hàng ngày ở thành phố Đường Sơn. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình dự báo đa hộp 3D (3D multi-box prediction model-3DMBAQP) với quy trình sáu bước: (i) Xác định tiêu chuẩn CLKK xung quanh của khu vực; (ii) Dự báo nồng độ chất ÔNKK trong khu vực đô thị dựa trên sự phát thải thực tế ở thời điểm hiện tại; (iii) Xác định các nguồn phát thải mục tiêu nhằm làm giảm ô nhiễm; (iv) Xác định giới hạn trên hàng ngày của nồng độ chất ô nhiễm do nguồn mặt đóng góp; (v) Xây dựng các phương án giảm thiểu ô nhiễm đối với các nguồn mặt; (vi) Xác định sức chịu tải không khí đô thị cho thành phố Đường Sơn [10].
- Nghiên cứu của Đại học Chung Ang, Hàn Quốc, đã ước tính sức chịu tải môi trường đối với NO2 của thành phố Seoul trên cơ sở ứng dụng mô hình hộp (box model) kết hợp mô hình động lực đô thị (urban dynamics model). Mô hình bao gồm sáu lĩnh vực: dân số, nhà ở, công nghiệp, xe hơi, đất đai và các lĩnh vực môi trường. Lượng NO2 đầu vào và đầu ra hàng năm bao gồm cả lượng lắng đọng khô và chuyển đổi hóa học trên khu vực Seoul được ước tính bằng cách sử dụng một mô hình hộp đã được đơn giản hóa. Lĩnh vực môi trường dựa trên mô hình hộp sau đó được kết hợp với mô hình động lực đô thị. Mô hình chạy cơ sở bắt đầu từ giả định rằng mức độ tập trung NO2 mong muốn ở Seoul Metropolitan là 50 ppb tương đương với tiêu chuẩn quốc gia và giả định rằng không có thay đổi công nghệ. Sau đó chạy mô phỏng với các giả định khác nhau với các mục tiêu nồng độ NO2 là 40 ppb và 30 ppb [9].
- Nghiên cứu tính toán sức chịu tải ÔNKK cho khu vực công nghiệp Nam Durban, Nam Phi theo hai kịch bản phát triển (phát triển cụm hóa dầu và phát triển công nghiệp nhẹ). Nghiên cứu ứng dụng mô hình khuếch tán Gaussian Tổ hợp nguồn công nghiệp (ISC3) để đánh giá sức chịu tải dựa trên tiêu chuẩn quốc gia có so sánh với tiêu chuẩn địa phương, tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA). ISC3 mô phỏng nồng độ SO2 tối đa 1 giờ và 24 giờ trung bình theo mùa và hàng năm. Việc chạy kiểm soát đại diện cho các điều kiện hiện tại cho thấy nồng độ tối đa 1 giờ vượt quá tiêu chuẩn quốc gia của Nam Phi là 780 µg m-3 trên một diện tích khá lớn và dự đoán không vượt quá các tiêu chuẩn quốc gia trung bình trong một thời gian dài hơn. Nếu các tiêu chuẩn chặt chẽ hơn của WHO được áp dụng, thì hầu hết các khu vực nghiên cứu không đáp ứng được cho tất cả các khoảng thời gian trung bình [3].
- Nghiên cứu của Viện Công nghệ Delhi, Ấn Độ, đã ước tính khả năng hấp thụ của MTKK cho hầu hết các khu vực quan trọng ở lưu vực Teesta và xây dựng mô hình CLKK cho bang Sikkim. Nghiên cứu sử dụng mô hình khuếch tán CALINE-3 và IITLS để tính toán nồng độ của ba chất ô nhiễm chính SO2, bụi lơ lửng và NOx phát thải từ các nguồn điểm, nguồn đường và nguồn mặt ở các khu vực khác nhau thuộc Sikkim. Các số liệu cần thiết để chạy mô hình gồm: Điều kiện khí tượng như tốc độ gió, hướng gió, độ ổn định, nhiệt độ và độ cao xáo trộn; Thông số phát thải như vị trí nguồn, chiều cao nguồn, đường kính ống khói, tốc độ thoát khí, nhiệt độ thoát khí và tốc độ phát thải; Độ cao địa hình và Các thông số xây dựng như vị trí, chiều cao và chiều rộng. Nghiên cứu sử dụng các hệ số phát thải để tính toán lượng phát thải chất ô nhiễm theo nguồn [5].
3. Đề xuất hướng tiếp cận đánh giá sức chịu tải MTKK ở Việt Nam
Trên cơ sở các nghiên cứu quốc tế, Viện Chiến lược, Chính sách Tài nguyên và môi trường đề xuất việc sử dụng mô hình khuếch tán chất ô nhiễm trong đánh giá sức chịu tải của MTKK cho một khu vực ở Việt Nam. Việc đánh giá được dựa trên 4 nguyên tắc: Các quy định pháp luật; Có cơ sở khoa học, dựa trên số liệu, phương pháp nghiên cứu hiện đại đủ độ tin cậy và có thể cập nhật; Phải tính đến điều kiện địa lý, môi trường, kinh tế - xã hội khí vực và vùng xung quanh; Có tính đến yếu tố thời gian theo yêu cầu được đặt ra.
Việc lựa chọn mô hình khuếch tán phù hợp là rất quan trọng trong đánh giá sức chịu tải MTKK. Một mô hình có tính ứng dụng rất cao, được dùng nhiều trong đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và đánh giá môi trường chiến lược (ĐMC) là mô hình AERMOD.
Hình 2. Cấu trúc mô hình AERMOD
Mô hình AERMOD được phát triển dựa trên mô hình AERMIC bởi Cơ quan Khí tượng và Cục Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ. AERMOD là một hệ thống tích hợp (Hình 2), được áp dụng mô phỏng trên đa dạng địa hình khác nhau từ vùng nông thôn, thành thị, bằng phẳng, phức tạp và các loại nguồn thải như nguồn điểm, nguồn đường, nguồn diện tích. AERMOD tính toán phát tán khí thải và ước tính nồng độ các chất ô nhiễm với sai số thấp, có thể xử lý với nguồn phát thải phức tạp (nguồn điểm, đường và vùng), tính toán phát thải cho cả nguồn mặt và nguồn ở trên cao; có tích hợp mô hình số cao độ DEM (Digital Elevation Model) và cho phép xem kết quả một cách trực quan tích hợp trên Google map. Với những ưu điểm như vậy, AERMOD được lựa chọn để thí điểm đánh giá sức chịu tải của MTKK cho một khí vực cụ thể.
Khi thực hiện đánh giá sức chịu tải, các số liệu về CLKK kiểm kê khí thải, khí tượng, số liệu địa hình của khí vực và vùng xung quanh sẽ được thu thập, phân tích để làm đầu vào cho mô hình khuếch tán. Kết quả chạy mô hình khuếch tán sẽ cho biết còn hay không còn khả năng nhận thêm chất ô nhiễm của khí vực đánh giá. Tiếp đó, các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội của khu vực cũng sẽ được xây dựng để ước tính mức phát thải chất ô nhiễm làm đầu vào tính toán lan truyền chất ô nhiễm, ước tính mức chịu tải của khí vực (khi còn khả năng nhận thêm chất ô nhiễm) hoặc mức thải cần giảm để đảm bảo CLKK đạt mức quy chuẩn Việt Nam.
ThS. Dương Thị Phương Anh, TS. Nguyễn Trung Thắng,
ThS. Hoàng Thị Hiền
Viện Chiến lược, Chính sách tài nguyên và môi trường,
Bộ Tài nguyên và Môi trường;
GS. TS. Hoàng Xuân Cơ - Chuyên gia độc lập
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số 2/2021)
Tài liệu tham khảo
