MỘT SỐ MÔ HÌNH TOÁN TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG
4. Phương pháp nghiên cứu
Khả năng tiờu thụ năng lượng của một khối ngành ủược tớnh dựa trờn toàn bộ số cơ sở của ủối tượng sử dụng cỏc loại năng lượng chớnh của khối ngành trong một ụ mẫu ủiều tra ứng với diện tớch của ụ mẫu, tổng số diện tích của khu vực nghiên cứu.
Tổng tiêu thụ năng lượng của một khối ngành là tổng mức tiêu thụ năng lượng của ủối tượng nghiờn cứu ở ủơn vị nhỏ nhất trong cỏc ụ nghiờn cứu.
Phỏt thải ụ nhiễm của từng khối ngành ủược tớnh cho từng ụ như trờn sau ủú tớnh tổng tất cả cỏc ụ ủược nghiờn cứu. Phỏt thải ụ nhiễm do sử dụng năng lượng ủược tớnh dựa theo hệ số phỏt thải ụ nhiễm của cỏc loại năng lượng sử dụng trong các khối ngành.
Từ kết quả nghiên cứu về sử dụng năng lượng và phát thải ô nhiễm, cỏc loại nhiờn liệu ủược sử dụng làm năng lượng trong cỏc khối ngành và cỏc chất ụ nhiễm do quỏ trỡnh này ủược xỏc ủịnh. Kết quả này làm cơ sở ủể ủề ra cỏc biện phỏp làm giảm thiểu ụ nhiễm do cỏc hoạt ủộng này gõy ra.
4.2 Phương pháp nghiên cứu ứng dụng
Tổng hợp tài liệu nghiên cứu về hiện trạng môi trường không khí, cơ sở hạ tầng sử dụng năng lượng.
Lấy mẫu và ủiều tra theo ụ mẫu của 4 khối ngành chớnh: khối dân cư, khối thương mại dịch vụ, khối công nghiệp và khối giao thông vận tải.
a. Khối dân cư
a.1 Cơ sở dữ liệu: cơ sở dữ liệu về sử dụng năng lượng - ô nhiễm của khối dõn cư ủược xõy dựng dựa trờn kết qủa tổng ủiều tra ngày 01/04/1999 về dân số và nhà ở Thành phố Hồ Chí Minh và của Niên giám Thống Kê năm 2000 (Cục Thống Kê Thành phố Hồ Chí Minh)
a.2 Mức tiêu thụ nhiên liệu khối dân cư
ðiều tra tiờu thụ năng lượng sử dụng tại mỗi hộ gia ủịnh phõn theo loại nhà ở của từng phường sau ủú tớnh bỡnh quõn cho mỗi hộ gia ủỡnh trong từng phường và toàn quận. Sau ủú, tớnh cho toàn bộ khu vực nghiờn cứu của thành phố.
Kết quả ủiều tra thực từ cho thấy nhiờn liệu dựng trong khối dõn cư chủ yếu là than củi, dầu lửa, khớ LPG sử dụng cho mục ủớch ủun nấu.
Tớnh số hộ gia ủịnh phõn bố theo từng ụ:
Trong ủú:
Pij: số hộ gia ủịnh sống trong ụ “ij”, hộ;
Aij: diện tớch của ụ “ij”, Aij = 1.006km2 ủối với tất cả cỏc ụ;
py: mật ủộ phõn bố hộ gia ủịnh trong phần diện tớch “y” nằm trong ụ
“ij”, người/km2;
aijy: tỷ lệ của phần diện tích “y” so với diện tích của ô “ij”.
Lưu ý rằng
Tính mức tiêu thụ năng lượng theo từng ô:
Mức tiờu thụ năng lượng của khối dõn cư trong một ụ “ij” nào ủú ủược tớnh theo cụng thức sau:
= ∑K
ij ij ijk ijk
k 1
Q P q PF
∑
=
=
y
y
ijy y ij
ij A p a
P
1
∑
=
=
y
y
aijy 1
1
Trong ủú:
Qij: mức tiêu thụ năng lượng của khối dân cư trong ô “ij”, TOE/năm;
qijk: suất tiêu thụ trung bình loại nhiên liệu “k” tính trên mỗi người dân sống trong ô “ij”, TOE/người.năm;
PFijk: tỉ lệ dân số trong ô “ij” tiêu thụ loại nhiên liệu “k”;
K: số loại nhiên liệu sử dụng trong khối dân cư.
a.3 Tải lượng ô nhiễm
Tính tải lượng ô nhiễm không khí theo từng ô:
Tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối dân cư trong ụ “ij” ủược tớnh toỏn theo cụng thức sau:
= =
=∑K = ∑K
ijg ijkg ijk ij ijkg ijk ijk
k 1 k 1
E EF .Q P . EF .q .PF
Trong ủú:
Eijg: tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối dân cư trong ô “ij”, kg/năm;
Qijk: mức tiêu thụ loại nhiên liệu “k” của khối dân cư trong ô “ij”, TOE/năm;
EFijkg: hệ số phát thải chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ loại nhiên liệu
“k” của khối dân cư trong ô “ij”, kg/TOE.
b. Khối thương mại - dịch vụ b. 1 Cơ sở dữ liệu
Thành phố Hồ Chí Minh có trên 500 doanh nghiệp thương nghiệp và trên 130000 số hộ tư thương và dịch vụ. Nghiên cứu này chỉ tính cho 4 ngành dịch vụ chớnh ủược nghiờn cứu do sử dụng nhiều chất ủốt trong hoạt ủộng là: y tế, khỏch sạn và phũng cho thuờ; nhà hàng, quỏn ăn, bar, cafộ, trường học.
Suất tiờu thụ năng lượng của khối dịch vụ ủược xỏc ủịnh từ số liệu khảo sỏt thực từ. Liệt kờ cỏc cơ sở thuộc khối thương mại – dịch vụ ủược
nghiờn cứu theo từng ụ sau ủú phõn bố cỏc cơ sở này theo từng ụ, và ủưa vào cỏc ụ bản ủồ ủịa lý dựa trờn ủịa chỉ của từng cơ sở.
b.2 Mức tiêu thụ năng lượng
Suất tiờu thụ năng lượng của khối ngành thương mại dịch vụ ủược xỏc ủịnh cho từng tiểu ngành. Cỏc tiểu ngành ủược phõn chia trờn cơ sở cựng qui mụ, cựng chức năng và cựng mức ủộ dịch vụ theo phường, quận.
Tính tải lượng ô nhiễm không khí theo từng ô:
Tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối thương mại dịch vụ trong ụ “ij” ủược tớnh toỏn theo cụng thức sau:
= = = = =
= =
∑K ∑K ∑∑∑S N M
ijg ijkg ijk ijkg ksnm ijksnm
k 1 k 1 s 1 n 1 m 1
E EF .Q EF . q .N
Trong ủú:
Eijg: tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối thương mại– dịch vụ trong ô “ij”, kg/năm;
Qijk: mức tiêu thụ loại nhiên liệu “k” của khối thương mại – dịch vụ trong ô “ij”, TOE/năm;
EFijkg: hệ số phát thải chất ô nhiễm “g” do việc tiệu thụ loại nhiên liệu
“k” của khối thương mại – dịch vụ trong ô “ij”, kg/TOE.
Tính toán tải lượng ô nhiễm không khí theo từng ô:
Tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối thương mại dịch vụ trong ụ “ij” ủược tớnh toỏn theo cụng thức sau:
= = = = =
= =
∑K ∑K ∑∑∑S N M
ijg ijkg ijk ijkg ksnm ijksnm
k 1 k 1 s 1 n 1 m 1
E EF .Q EF . q .N
Trong ủú:
Eijg: tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối thương mại– dịch vụ trong ô “ij”, kg/năm;
Qijk: mức tiêu thụ loại nhiên liệu “k” của khối thương mại – dịch vụ trong ô “ij”, TOE/năm;
EFijkg: hệ số phát thải chất ô nhiễm “g” do việc tiệu thụ loại nhiên liệu
“k” của khối thương mại – dịch vụ trong ô “ij”, kg/TOE.
c. Khối công nghiệp c.1 Cơ sở dữ liệu
Cỏc số liệu thống kờ ủược thu thập từ Niờn giỏm thống kờ Thành phố Hồ Chí Minh. Cục Thống kê [1].
Cú 15 ngành chủ yếu ủược ủưa vào nghiờn cứu:
1 Sản phẩm cao su, plastic
2 Chế biến gỗ và sản phẩm từ gỗ, tre, nứa 3 Thuộc da và sản phẩm từ da
4 Dệt nhuộm và may (sản xuất trang phục) 5 Sản xuất ủộng cơ mỏy múc
6 Sản xuất giấy và sản phẩm từ giấy 7 Sản xuất hoá chất và sản phẩm hóa chất 8 Xuất bản, in và sao bản in
9 Sản xuất kim loại và sản phẩm từ kim loại 10 Sản xuất năng lượng (than, dầu, ủiện…) 11 Tái chế
12 Dụng cụ y từ, quang học và ủồng hồ cỏc loại 13 Sản xuất thiết bị ủiện và ủiện tử
14 Chế biến thực phẩm và ủồ uống 15 Sản xuất thuốc lá
Liệt kờ cỏc cơ sở thuộc khối cụng nghiệp cú kốm ủịa chỉ theo từng ụ, ủưa cỏc cơ sở này vào từng ụ trong bản ủồ ủịa lý của khu vực nghiờn cứu.
c.2 Mức tiêu thụ năng lượng
Suất tiờu thụ năng lượng của khối cụng nghiệp ủược tớnh từ cỏc số liệu khảo sỏt thực từ và kết quả ủiều tra về ụ nhiễm mụi trường trong cụng nghiệp của Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường thành phố.
Tính mức tiêu thụ năng lượng theo từng ô:
Mức tiờu thụ năng lượng của khối cụng nghiệp trong một ụ “ij” nào ủú ủược tớnh theo cụng thức sau:
Trong ủú:
Qij: mức tiêu thụ năng lượng của khối công nghiệp trong ô “ij”, TOE/năm;
Qksnm:suất tiêu thụ bình quân loại nhiên liệu “k” của cơ sở công nghiệp “m” thuộc nhóm cơ sở tương tự “n” của tiểu ngành “s”, TOE/người/năm;
Nijksnm: số lượng cán bộ công nhân viên của cơ sở công nghiệp “m”
thuộc nhóm cơ sở tương tự “n” của tiểu ngành “s” nằm trong ô “ij” tiêu thụ loại nhiên liệu “k”, người.
Tính tải lượng ô nhiễm không khí theo từng ô
Tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối công nghiệp trong ụ “ij” ủược tớnh toỏn theo cụng thức sau:
= = = = =
= =
∑K ∑K ∑∑∑S N M
ijg ijkg ijk ijkg ksnm ijksnm
k 1 k 1 s 1 n 1 m 1
E EF .Q EF . q .N
Trong ủú:
Eijg: tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối công nghiệp trong ô “ij”;
∑∑∑∑
= = = =
=
K
k S
s N
n M
m
ijksnm ksnm
ij q N
Q
1 1 1 1
.
Qijk: mức tiêu thụ loại nhiên liệu “k” của khối công nghiệp trong ô
“ij”, TOE/năm;
EFijkg: hệ số phát thải chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ loại nhiên liệu
“k” của khối công nghiệp trong ô “ij”, kg/TOE.
Hệ số phát thải các chất ô nhiễm từ các loại nhiên liệu sử dụng làm năng lượng trong 4 khối ngành ủược nghiờn cứu ủược trỡnh bày trong bảng 21.3:
Bảng 21.3: Hệ số phát thải các chất ô nhiễm của các khối dân cư, thương mại và dịch vụ
Chất ụ nhiễm/loại nhiờn liệu Củi Than củi Than ủỏ Dầu lửa Dầu DO Dầu FO Khớ LPG
SO2 0.0 14.6 30.9 7.7 6.1 20.0 0.1
NOx 3.4 2.3 2.1 2.1 2.1 8.1 2.1
Bụi 8.4 15.4 4.2 2.7 0.3 1.4 0.0
CO 63.0 69.2 33.6 0.2 0.8 0.6 2.2
CO2 4019.0 4050.0 4111.0 3150.0 3150.0 3277.0 2689.0
HCN 33.6 15.4 1.9 0.4 0.4 0.4 0.1
HCl 0.0 0.0 2.1 0.0 0.0 0.0 0.0
Chất ô nhiễm/loại nhiên liệu
Củi Than củi
Than ủỏ Dầu lửa Xăng Dầu DO Dầu FO
Khí LPG
SO2 0.0 14.6 33.3 1.48 7.7 6.1 29.5 0.08
NOx 3.4 2.3 10.9 28.7 2.1 4.2 8 2.5
Bụi 8.4 15.4 3.4 1.76 2.7 0.2 1.4 0
CO 63.0 69.2 1.3 1103.5 0.2 0.5 0.6 0.5
CO2 4019.0 0 4116 1882.3 3150 3150 3277 2689
HCN 33.6 15.4 1.9 0.4 0.17 0.4 0.06
HCl 0.0 0.0 2.1 0 0 0 0 0
Nguồn: Báo cáo hội nghị Quốc tế Công nghiệp và Môi Trường tại Việt Nam 04-2001
d. Khối giao thông vận tải d.1 Cơ sở dữ liệu
Nghiờn cứu này chỉ ủề cập ủến cỏc phương tiện lưu thụng trờn ủường bộ. Cỏc số chỉ tiờu cơ bản ủược xỏc ủịnh phục vụ trong nghiờn cứu này gồm:
(i) Chiều dài ủường giao thụng: ủường liờn quận, nội quận và ủường khu phố.
(ii) Số lượng bỡnh quõn cỏc loại xe lưu thụng trờn ủường: xe gắn mỏy, xe ô tô con, xe buýt, xe lam, minibus, xe tải.
(iii) Xe-km tớnh theo từng loại xe và từng loại ủường: là tớch của i và ii. Xem bản ủồ 10: bản ủồ tổng số xe-km của khối giao thụng vận tải trong toàn bộ khu vực nghiên cứu.
(iiii) Tốc ủộ lưu thụng bỡnh quõn: tốc ủộ lưu thụng liờn quận, nội quận, khu phố (bảng 21.5)
Bảng 21.5: Tốc ủộ lưu thụng bỡnh quõn của cỏc loại xe (km/giờ)
Loại ủường/loại xe Xe gắn
máy Ô tô
con
Xe buýt Xe lam Minibus 4 bánh
Xe tải
ðường liên quận, lưu thông chậm 20 20 19 18 20 19 ðường liên quận, lưu thông trung bình 23 23 20 19 20 19 ðường liên quận, lưu thông nhanh 35 41 28 27 37 39 ðường nội quận, lưu thông chậm 17 17 14 13 15 14
ðường khu phố 18
Cỏc chỉ tiờu trờn ủược phõn tớch tớnh toỏn cho từng ụ của khu vực nghiên cứu và tính bình quân cho một ngày.
Mức tiêu thụ năng lượng
Nghiờn cứu này ủề cập ủến suất tiờu thụ năng lượng trung bỡnh tớnh cho từng loại xe (bảng 3) có thời gian sử dụng trung bình và di chuyển với tốc ủộ bỡnh quõn trong bảng 2.
Bảng 21.6: Suất tiêu thụ năng lượng trung bình (lít/km)
Loại xe Suất tiêu thụ nhiên liệu
Xe gắn máy 0.03
Xe ô tô con 0.15
Xe buýt 0.25
Xe lam 0.08
Xe minibus 4 bánh 0.05
Xe tải 0.2
Tính mức tiêu thụ năng lượng theo từng ô:
Cụng thức tớnh toỏn mức tiờu thụ năng lượng do hoạt ủộng của cỏc phương tiện giao thụng ủi lại trong ngày trong ụ “ij” nào ủú ủược thể hiện như sau:
Trong ủú:
Qij: lượng nhiên liệu tiêu thụ bởi các loại xe lưu thông trong ô “ij”, lít/ngày.
Mijkx: suất tiêu thụ loại nhiên liệu “k” của loại xe “x” lưu thông trong ụ “ij”, lit/xe.km. Suất tiờu thụ này phụ thuộc vào tốc ủộ bỡnh quõn của từng loại xe lưu thông trong ô “ij”.
Lijkx: chiều dài lăn bánh của xe loại “x”, sử dụng loại nhiên liệu “k”
lưu thông trong ô “ij”,km.
Aijkx: số lượng xe loại “x”, sử dụng loại nhiên liệu “k” lưu thông trong ô “ij”, xe
X: số loại xe tính toán
K: số loại nhiên liệu sử dụng cho các loại xe.
∑∑
= =
=
K
k X
x
ijkx ijkx ijkx
ij M L A
Q
1 1
. .
Tính tải lượng ô nhiễm không khí theo từng ô:
Tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối giao thụng vận tải tại phường “ij” ủược tớnh toỏn theo cụng thức sau:
Trong ủú:
Eijg: tải lượng chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ năng lượng của khối giao thông vận tải tại phường “ij”, kg/năm.
Nijkx: Tổng số loại xe “x”, sử dụng loại nhiên liệu “k” lưu thông bình quõn trờn ủường, trong phường “ij” (xe/km);
EFijgkx: hệ số phát thải chất ô nhiễm “g” do việc tiêu thụ loại nhiên liệu
“k” của loại xe “x” lưu thông trong ô “ij”, kg/lít nhiên liệu. Hệ số phát thải chất ô nhiễm của từng loại xe phụ thuộc vào loại nhiên liệu xử dụng và tốc ủộ bỡnh quõn của loại xe ủú lưu thụng trong ụ “ij”.
Bảng 21.7: Hệ số phát thải các chất ô nhiễm của khối giao thông vận tải (g/km)
Chất ụ nhiễm/ loại xe Tốc ủộ bỡnh quõn (km/g)
15 20 30 40 >50
SO2
Xe gắn máy 0,047 0,033 0,035 0,031 0,026
Xe ô tô con 0,25 0,18 0,19 0,16 0,14
Xe buýt 2,62 1,86 1,96 1,70 1,44
Xe lam 0,07 0,05 0,06 0,05 0,04
Xe minibus 4 bánh 0,25 0,18 0,19 0,061 0,14
Xe tải 2,62 1,86 1,96 1,70 1,44
NOx
∑∑
= =
=
K
k X
x
ijkx ijgkx
ijg EF N
E
1 1
. .
365
Xe gắn máy 0,22 0,21 0,23 0,26 0,29
Xe ô tô con 1,98 1,89 1,91 2,06 2,22
Xe buýt 6,75 6,10 5,19 4,67 4,44
Xe lam 0,72 0,69 0,75 0,85 0,95
Xe minibus 4 bánh 3,48 3,26 3,35 3,62 3,91 Xe tải 30,88 27,91 23,76 21,36 20,29 CO
Xe gắn máy 55,24 40,39 26,74 20,02 15,59 Xe ô tô con 109,04 83,22 59,60 48,13 40,34
Xe buýt 3,11 2,51 1,73 1,28 1,02
Xe lam 22,00 16,09 10,65 7,97 6,21 Xe minibus 4 bánh 144,83 110,05 78,34 62,85 52,32 Xe tải 18,49 14,96 10,32 7,64 6,07 CO2
Xe gắn máy 57,30 36,71 34,96 29,14 26,22 Xe ô tô con 295,00 189,00 180,00 150,00 135,00 Xe buýt 563,50 361,02 343,83 286,53 257,87 Xe lam 95,80 61,38 58,45 48,71 43,84 Xe minibus 4 bánh 327,00 209,50 199,53 166,27 149,64 Xe tải 800,00 512,14 488,14 406,78 366,10 HC
Xe gắn máy 18,72 15,17 11,88 10,25 9,13
Xe ôtô con 14,73 11,66 8,78 7,37 6,46
Xe buýt 1,29 1,12 0,87 0,69 0,57
Xe lam 18,72 15,17 11,88 10,25 9,13 Xe minibus 4 bánh 25,22 20,73 16,52 14,46 13,11
Xe tải 7,70 6,69 5,17 4,14 3,43
Bụi
Xe gắn máy 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Xe ôtô con 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52
Xe buýt 2,20 2,20 2,20 2,20 2,20
Xe lam 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
Xe minibus 4 bánh 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52
Xe tải 2,40 2,40 2,40 2,40 2,40
Nguồn: Mobil 5 Model for Thailand as run by Kishan, S.
Phương pháp phân tích thống kê:
- Sử dụng phần mềm Excel: phân tích và xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu về sử dụng năng lượng và phát thải các chất ô nhiễm.