Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải của ngành công nghiệp cơ khí

Theo dõi MTĐT trên

Tóm tắt:  

Hoạt động công nghiệp đã và đang gây ra những vấn đề  ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm do chất thải rắn nguy hại gây ra. Quản lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại theo hướng chiến lược đang là nhu cầu thiết yếu đáp ứng các mục tiêu tạo động lực phát triển kinh tế - xã hội cho đất nước song vẫn đáp ứng yêu cầu về bảo vệ môi trường, cải thiện chất lượng môi trường sống của người lao động và của xã hội .

Nhằm  nghiên cứu và kiểm kê các loại chất thải rắn nguy hại,  làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp quản lý phù hợp, việc xác định được hệ số phát thải từng ngành công nghiệp là cần thiết.

Hệ số phát thải là công cụ ước tính tải lượng phát thải công nghiệp cho một số ngành công nghiệp chính của Việt Nam được lựa chọn từ một số hệ số phát thải của quốc tế. Hiện tại, để dự báo khối lượng chất thải rắn công nghiệp nguy hại phát sinh từ hoạt động công nghiệp, chúng ta đang dựa vào các số liệu của Tổ chúc Y tế Thế giới (WHO) năm 1973, những số liệu này đã không còn phù hợp với thực tế phát triển công nghiệp ở nước ta.

Bài báo trình bày một phương pháp xác định hệ số phát thải từ hoạt động của ngành cơ khí tại Khu công nghiệp Thăng Long, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả quản lý chất thải rắn từ hoạt động của ngành công nghiệp điển hình này trên địa bàn thành phố Hà Nội.

I. Mở đầu

Trên thế giới, nước đầu tiên đã tiến hành nghiên cứu xây dựng bộ hệ số phát thải là Mỹ. Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) đã thường xuyên bổ sung và điều chỉnh hệ số phát thải ô nhiễm theo quá trình phát triển công nghiệp và sự thay đổi hiện đại hóa công nghệ của Mỹ. Bộ hệ số phát thải của Mỹ được EPA công bố theo tài liệu AP-42. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng đã tập hợp hàng trăm chuyên gia các nước tiến hành xây dựng bộ hệ số phát thải, kỹ thuật kiểm kê nhanh ô nhiễm môi trường. Nga cũng là quốc gia đi đầu trong việc xây dựng hệ số phát thải sử dụng cho việc kiểm kê phát thải và đã sử dụng bộ hệ số phát thải cho các ngành công nghiệp từ lâu. Các nước phát triển khác như Nhật Bản, Liên minh châu Âu (EU) và nhiều nước khác như Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, các nước Đông Nam châu Á… đã tham khảo bộ hệ số phát thải của Mỹ, WHO và tiến hành xây dựng hệ số phát thải cho các nguồn phát thải tĩnh hoặc động (như hệ số phát thải đối với các phương tiện giao thông hay hệ số phát thải chất ô nhiễm đối với các ngành sản xuất công nghiệp) phù hợp với điều kiện cụ thể của nước mình nhằm mục tiêu chính để kiểm kê, kiểm soát  nguồn khí thải phù hợp với điều kiện thực tế.

Tại Việt Nam, việc kiểm kê phát thải chất thải rắn từ các nguồn công nghiệp đã được các cơ quan nghiên cứu thực hiện từ lâu nhưng phương pháp luận chung của các hoạt động này là áp dụng hệ số phát thải của nước ngoài (chủ yếu là sử dụng hệ số phát thải của Mỹ, WHO, EU) cho việc tính toán, ví dụ “Báo cáo nghiên cứu hiện trạng và dự báo khối lượng chất thải rắn công nghiệp – chất thải nguy hại tại TPHCM đến năm 2020” của  Lê Ngọc Tuấn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG –HCM năm thực hiện 2009)

Tuy nhiên, việc áp dụng hệ số phát thải này để kiểm kê phát thải còn hạn chế về độ chính xác do một số lý do như: Hệ số phát thải phụ thuộc nhiều vào trình độ công nghệ - quản lý, nhân lực, ý thức của giới chủ về bảo vệ môi trường,....

Chính vì vậy, việc sử dụng hệ số phát thải của nước ngoài cho quá trình kiểm kê của Việt Nam chỉ dừng lại ở mức độ tham khảo, ít có giá trị cho các nhà quản lý có thể dựa vào đó mà ra quyết định quản lý. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu, xây dựng hệ số phát thải chất thải rắn nguy hại ngành cơ khí của Hà Nội” có tính cần thiết rất rõ ràng nhằm góp phần nghiên cứu làm rõ một cách hệ thống những vấn đề cơ sở khoa học và quản lý CTRCNNH ngành cơ khí của thành phố Hà Nội.

II. Phương pháp thực hiện

Để thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã nghiên cứu, thu thập thông tin, đánh giá hiện trạng của các công ty cơ khí điển hình ở KCN Thăng Long. Cụ thể, nhóm tác giả đã phân tích, đánh giá về khối lượng sản phẩm, nhân công, diện tích tại 26 công ty được lựa chọn. Dữ liệu được nhóm tác giả lấy từ Ban quản lý KCN Thăng Long và Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội căn cứ trên báo cáo trực tiếp từ các doanh nghiệp báo cáo cơ quan quản lý, thông qua kết quả của các đề tài, dự án đã thực hiện tại Việt Nam về kiểm kê phát thải và xây dựng bộ hệ số phát thải.

Xác định tham khảo kinh nghiệm của quốc tế về quá trình xây dựng và sử dụng hệ số phát thải công nghiệp là quan trọng, nhóm tác giả đã thu thập các thông tin liên quan đến phương pháp xây dựng, hướng dẫn sử dụng, các khuyến cáo khi sử dụng bộ hệ số phát thải của EPA, EU, WHO và các tổ chức, cơ quan khác tại Nhật Bản, Ôxtrâylia, Ấn Độ…

Quy trình tính toán hệ số phát thải trung bình áp dụng theo phương pháp xử lý thống kê cổ điển dựa trên việc thiết lập bảng dữ liệu thống kê chuẩn tắc đa dạng về các hệ số phát thải của từng nhà máy thuộc các ngành nghề được lựa chọn nghiên cứu (các hệ số phát thải có cùng một đơn vị đo).

Để có thể thu hẹp khoảng sai số ngẫu nhiên của các hệ số phát thải riêng lẻ ở từng nhà máy, ta lấy trị số trung bình cộng của các kết quả thu được theo công thức sau:

y_tb = (y₁ + y₂ + y₃ + ….)/n = (∑y_i)/n

Khi kết quả thống kê riêng biệt lớn hơn trị số trung bình, thì sai số được coi là dương và ngược lại sai số coi là âm. Như vậy, càng nhiều số liệu đo đạc thì trị số trung bình càng gần với trị số thực của nó.

Để đặc trưng cho độ chính xác của loạt phép tính, người ta tính trị số trung bình của sai số trong cả loạt ấy. Nghĩa là tìm sai số trung bình (Δ_i) của từng phép tính bằng hiệu số giữa kết quả phép tính (y_i) và trị số trung bình cộng (y_tb):  Δ_i = y_i – y_tb

Trong trường hợp đơn giản nhất, có thể lấy trung bình cộng của sai số trung bình mà không lấy dấu sai số: Δ_tb=   (∑∆_i)/n       

Trong trường hợp cần chính xác hơn ta quy ước lấy sai số trung bình toàn phương trung bình của phép tính từ công thức tính sai số trung bình toàn phương của một phép tính riêng biệt  (thông thường sai số này lớn hơn so với sai số trung bình toàn phương): σ = √(∑(Δ_i)²)/(n-1)

Thông thường sai số mắc phải trong từng nhà máy hay phép đo riêng biệt lớn hơn nhiều so với sai số trung bình toàn phương trung bình. Công thức tính sai số trung bình toàn phương bằng trung bình của dãy đó: σ_tb = √(∑(Δ_i)²)/n(n-1)

Bằng cách này loại trừ được dấu của sai số và làm rõ được vai trò các sai số lớn. Theo toán học thống kê cần loại bỏ những kết quả đo sai số quá lớn có Δi>3σtb. Tuy nhiên cần lưu ý rằng nếu các sai số thô bạo bị loại bỏ chỉ dưới 10% là dãy số tốt, nếu trên 20% cần cân đối và thực hiện lại phép tính. Dựa vào sai số trung bình toàn phương trung bình người ta tính được trị số trung bình của loạt kết quả tính toán theo công thức:

y  = y_tb ± σ_tb

 (i). Quy trình chuẩn hóa nguồn dữ liệu cơ sở: Các nguồn dữ liệu cơ sở về hệ số phát thải CTRCNNH trung bình tại các nhà máy có thể được chuẩn hoá theo phép biến đổi nguồn dữ liệu bằng hàm toán tử log10, trong đó việc chuẩn hoá các nguồn dữ liệu cơ sở bao gồm quy trình như sau:

• Phân loại các nguồn dữ liệu theo cơ cấu số liệu thống kê.
• Xác định các nguồn dữ liệu thống kê gây ra sai số thô bạo.
• Chuẩn hoá nguồn số liệu theo hàm logarit 10: yⁱ = log X_i ; i = 1,2,3,4,5,6,…
• Tính giá trị trung bình ytb của yi = log Xi, rồi lấy sai số trung bình Δ_i = y_i – y
• Tính sai số tương đối theo sai số trung bình đường phân phối dữ liệu trung bình: δ_i = (Δ_i/y_tb)*100%.
• Chuẩn hoá lại nguồn số liệu theo phương pháp:

          + Nếu δ_i = 2,5 – 97,5%, thì giữ nguyên giá trị hệ số phát thải.

+ Nếu δ_i < 2,5% thì tiến hành + (cộng) 0,025y_i vào giá trị hàm log (y_i), rồi chuẩn hoá lại dữ liệu theo công thức: X_i = 10y_i (1+0,025).

+ Nếu δ_i > 97,5% thì tiến hành – (trừ) 0,975y_i vào giá trị hàm log (y_i), rồi chuẩn hoá lại dữ liệu theo công thức: X_i = 10y_i (1-0,975).

Sau đó, từ các nguồn dữ liệu đã được biến đối và chuẩn hoá sẽ tiến hành xác định hệ số phát thải CTRCNNH trung bình theo phương pháp thống kê cổ điển. Các kết quả nghiên cứu và so sánh cho thấy rằng: đa số các hệ số phát thải CTRCNNH trung bình được tính tích hợp trung bình từ các hệ số phát thải trung bình tại các nhà máy trong cùng một ngành sản xuất đều rất khác biệt so với các hệ số phát thải trung bình được tính toán theo phương pháp xử lý thống kê cổ điển.

Trong đó, hệ số k_i so sánh có thể biến đổi từ 0,62 đến 5,0 lần do ảnh hưởng của cơ cấu và chất lượng các nguồn dữ liệu đầu vào.

(ii). Quy trình tính toán tích hợp nguồn dữ liệu cơ sở: Các bảng tính tích hợp các nguồn dữ liệu cơ sở bao gồm 06 cột chính như sau:

• Cột (1): Hệ số phát thải đã chuẩn hoá của các nhà máy được nghiên cứu, điều tra và khảo sát, bao gồm cả giá trị trung bình ytb của mỗi ngành tính theo phương pháp thống kê cổ điển.
• Cột (2): Tính sai số trung bình Δ_i = y_i – y_tb
• Cột (3): Tính giá trị bình phương sai số trung bình (Δ_i)² = (y_i – y_tb)² và tổng của chúng.
• Cột (4): Tính sai số của dãy số liệu thống kê theo công thức:
• σ = √(∑(Δ_i)²)/n(n-1), với n = số lượng các nhà máy.
• Cột (5): Tính điểm số Z theo công thức sau: Z_i = (Δ_i/σ)
• Cột (6): Tính tích số của (Z_i.y_i) và tổng của chúng, rồi lấy giá trị trung bình mtb = [∑(Z_i.y_i)]/n, sau đó tính sai số tương đối theo giá trị trung bình mtb: δ = (σ/mtb)*100%.

Việc tính toán tích hợp hệ số phát thải CTRCNNH trung bình đã được tiến hành với sự trợ giúp hiệu quả của phần mềm EXCEL.

Việc xác định đầy đủ khối lượng phát thải có thể dựa vào phương trình lý thuyết phát thải tổng quát sau:

M_i = f_i(x^a, y^b, z^c, m^d, n^e…)

Trong đó:

• M_i: Lượng chất thải sinh ra (đơn vị khối lượng/thời gian phát thải, kg/giờ);
• x, y, z, m, n.... là các biến số phụ thuộc và có ảnh hưởng đến tỷ lệ phát thải, bao gồm trình độ công nghệ, trình độ quản lý điều hành sản xuất, năng lực cán bộ, quy trình vận hành sản xuất, mức độ tự động hóa và ứng dụng công nghệ thông tin, ý thức tiết kiệm nguyên nhiên liệu trong sản xuất, ý thức trách nhiệm của giới chủ và công nhân trong việc bảo vệ môi trường, sản xuất sạch hơn, quy trình công nghệ xử lý, tái chế, thu hồi chất thải,...;
• a, b, c, d, e.... là số mũ thể hiện các bậc quan hệ (a# b# c# d# e... ≥1).

  Có thể thấy rằng, khi liệt kê đầy đủ các biến số phụ thuộc vào Mi sẽ cho ta một hàm số đa biến, đa bậc với thứ nguyên không đồng nhất (hàm phi chuẩn tắc đa dạng). Vì vậy, trong trường hợp này về mặt ứng dụng toán học khó có thể đưa ra một lời giải cụ thể, chính xác.

Mặt khác đứng trên quan điểm bảo vệ môi trường cũng không cho phép quan niệm chất thải như một nghiệm số bất biến. Từ các hệ số phát thải trung bình này tính cho một đơn vị sản xuất, chúng ta có thể tính toán tổng tải lượng chất thải sinh ra theo phương trình sau:

Lượng phát thải (M) = Hệ số phát thải  x  Nhu cầu quy hoạch sản xuất ở từng giai đoạn phát triển

 III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

 Nhóm tác giả đã tiến hành bước đầu nghiên cứu, xác định các hệ số phát thải trung bình theo phương pháp xử lý thống kê cổ điển với sai số trung bình toàn phương cho một số cơ sở sản xuất thuộc ngành cơ khí tại KCN Thăng Long. Bảng 1 thể hiện kết quả xác định hệ số phát thải chất thải rắn công nghiệp nguy hại (CTRCNNH) theo đơn vị sản phẩm, theo công nhân trực tiếp sản xuất và theo diện tích nhà xưởng sản xuất.

Bảng 1. Hệ số phát thải CTRCNNH trung bình của các cơ sở trong ngành cơ khí tại KCN Thăng Long  (chưa tính đến sai số trung bình toàn phương)

Ghi chú: - Tính toán trong trường hợp không có kiểm soát ô nhiễm

Bảng 2 trình bày kết quả tính toán các hệ số phát thải trung bình theo phương pháp trung bình số học đơn giản (khi chưa loại trừ và đã loại trừ các dữ liệu gây ra sai số thô bạo theo sai số trung bình toàn phương) cho một số cơ sở công nghiệp cơ khí ở KCN Thăng Long.

Bảng 2. Kết quả tính toán các hệ số phát thải trung bình theo phương pháp trung bình số học đơn giản (khi chưa loại trừ và đã loại trừ các dữ liệu gây ra sai số thô bạo theo sai số trung bình toàn phương) cho ngành công nghiệp cơ khí ở KCN Thăng Long.

Thảo luận:

(1). Các hệ số phát thải trung bình theo sản lượng

Từ các kết quả tính toán các hệ số phát thải CTRCNNH trung bình theo sản lượng bằng phương pháp xử lý thống kê cổ điển. Trong đó, có thể tóm tắt về tình trạng độ phủ dữ liệu sau xử lý sai số trung bình toàn phương của các phép tính hệ số phát thải trung bình như sau: ngành cơ khí – 16/26 (61,54%). Độ phủ dữ liệu cao, sai số thô bạo thấp, vì vậy phương pháp này có tính hiệu quả cao.

(2). Các hệ số phát thải trung bình theo nhân công

Tương tự, từ các kết quả tính toán hệ số phát thải CTRCNNH trung bình theo nhân công bằng phương pháp xử lý thống kê cổ điển cho ngành công nghiệp cơ khí ở Hà Nội. Trong đó, có thể tóm tắt về tình trạng độ phủ dữ liệu sau xử lý sai số trung bình toàn phương của các phép tính hệ số phát thải trung bình như sau: ngành cơ khí 12/26 (46,15%)

Điều này cho thấy rằng, phương pháp xử lý thống kê cổ điển với sai số trung bình toàn phương là chưa thích hợp tốt cho việc xử lý nguồn số liệu cơ sở để xây dựng các hệ số phát thải trung bình cho các ngành công nghiệp.

(3). Các hệ số phát thải trung bình theo diện tích

Tương tự, từ các kết quả tính các hệ số phát thải CTRCNNH trung bình theo diện tích bằng phương pháp xử lý thống kê cổ điển cho ngành công nghiệp cơ khí ở Hà Nội. Trong đó, có thể tóm tắt về tình trạng độ phủ dữ liệu còn lại sau việc xử lý sai số trung bình toàn phương của các phép tính hệ số phát thải trung bình như sau: ngành cơ khí 11/26 (42,31%) và có các giá trị hệ số phát thải trung bình với độ tin cậy thấp, rất thấp, không được chấp nhận là hợp lệ theo quy tắc thống kê. Điều này cho thấy rằng, phương pháp xử lý thống kê cổ điển với sai số trung bình toàn phương là chưa thích hợp tốt cho việc xử lý nguồn số liệu cơ sở để xây dựng các hệ số phát thải trung bình cho các ngành công nghiệp.

Nhận xét vềđộchính xác và khảnăngứng dụng các hệsốphát thải trung bình sốhọc trong thực tiễn: Nhìn chung, các giá trị trung bình số học đơn giản dẫn đến có sự khác biệt nhiều so với các giá trị hệ số phát thải trung bình được tính toán sau khi đã loại trừ các đơn vị dữ liệu gây ra các sai số thô bạo xử lý theo sai số trung bình toàn phương. Có thể nhận thấy rằng, việc xử lý nguồn số liệu thống kê cơ sở về hệ số phát thải trung bình của các nhà máy bằng phương pháp sai số trung bình toàn phương cho độ phủ dữ liệu thấp hoặc rất thấp, hoàn toàn không thỏa mãn quy tắc xử lý thống kê toàn phương (độ tin cậy và chính xác cao được chấp nhận ở độ phủ dữ liệu > 90%, còn khi < 66,67% kết quả tính sẽ không được chấp nhận là hợp lệ). Nguyên nhân của hiện tượng giảm độ phủ nguồn dữ liệu cơ sở là do có nhiều nguồn dữ liệu gây ra sai số thô bạo và buộc phải loại trừ khỏi phép tính như các nguồn dữ liệu thống kê không hợp lệ

IV. Kết luận

 Các hoạt động sản xuất công nghiệp ở Hà Nội rất đa dạng với nhiều quy mô và trình độ kỹ thuật – công nghệ khác nhau, trong khi nguồn lực đầu tư cho các nghiên cứu còn có hạn, nên chưa phản ánh được đúng thực trạng phát sinh chất thải của toàn thành phố, các tính toán, dự báo trong các nghiên cứu trước đây về thành phố Hà Nội còn rất tương đối, chưa có sự thống nhất và độ tin cậy chắc chắn; chúng chủ yếu sử dụng cho mục đích quy hoạch quản lý chất thải trên diện rộng (AEQM).

Những kết quả ban đầu của nghiên cứu đã tạo tiền đề cho việc kiểm kê chất thải rắn  đối với các ngành công nghiệp khác trên địa bàn Hà Nội nói riêng và trên địa bàn toàn quốc nói chung.

Tài liệu tham khảo

- Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), Báo cáo Hiện trạng Môi trường Việt Nam – Chất thải rắn, Hà Nội.

- Nguyễn Thế Hùng và nnk, 2016 Báo cáo kết quả khảo sát, nghiên cứu thành phần chất thải rắn từ các cơ sở gia công cơ khí trên địa bàn thành phố Hà nội

- Nguyễn Thế Hùng, 2011- Luận văn thạc sỹ " Quy hoạch quản lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại tại thành phố Hà nội đến năm 2030

- Viện Quy hoạch Xây dựng Hà Nội (2014), Quy hoạch xử lý chất thải rắn Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, Hà Nội.

- Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội (2015), Báo cáo Công tác quản lý chất thải rắn Thành phố Hà Nội, Hà Nội.

- Nguyễn Thị Kim Thái, Nguyễn Thế Hùng , 2010 Quản lý chất thải nguy hại công nghiệp tại thành phố Hà Nội. Thực trạng và các giải pháp nâng cao hiệu quả, Tạp chí Xây dựng và Đô thị- ISSN 1859-3119, Trang 32-34

- Nguyen Thi Kim Thai, 2009 - Hazardous Industrial Waste Management in Vietnam: current status and future direction- Journal of Material Cycle and Waste Management, ISSN 1438-4957 Springer Journal (ISI), page 258-262.

- World Health Organization (1993), “Assessment of sources of air, water, and land pollution – A guide to rapid source inventory techniques and their use in formulating environmental control strategies”, Part one: Rapid Inventory Techniques in Environmental Pollution, Geneva.

Nguyễn Thế Hùng¹, GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái²,

1:  Sở Tài nguyên & Môi trường Hà nội- NCS Trường Đại học Xây dựng

2: Viện Môi trường Đô thị & Công nghiệp Việt Nam