các mô hình kiểm soát ô nhiễm không khí

Trong công tác kiểm soát và quản lý chất lượng môi trường không khí, việc đánh giá và dự báo ô nhiễm theo phương pháp định lượng là hết sức quan trọng, giúp các nhà quản lý hoạch định chính sách và các nhà công nghệ đưa ra quyết định đúng đắn trong việc giải quyết vấn đề môi trường.

Để đánh giá hiện trạng và dự báo ô nhiễm môi trường không khí tại một vùng nào đó, trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay thường sử dụng hai phương pháp:

• Phương pháp thực nghiệm: khảo sát, đo đạc tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng và bằng phương pháp thống kê để phân tích, đánh giá chất lượng không khí vùng đó.
• Phương pháp mô hình hóa: dùng các mô hình toán học mô phỏng và dự báo sự lan truyền các chất ô nhiễm theo không gian và thời gian, sau đó kết hợp với số liệu đo đạc thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của mô hình. Trên cơ sở đó xây dựng các phần mềm tính toán tối ưu và thương mại hóa.

Theo tài liệu của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), hiện nay trên thế giới có 20 dạng mô hình tính toán và dự báo ô nhiễm môi trường không khí, nhưng có thể tập hợp thành 3 phương pháp chính sau đây:

• Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa vào cơ sở lý thuyết của Gauss với giả thuyết rằng sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm tuân theo quy luật phân bố chuẩn (vì thế gọi là mô hình Gauss).
• Mô hình động lực – rối thống kê sử dụng lý thuyết khuếch tán rối trong điều kiện khí quyển có sự phân tầng kết nhiêt. Mô hình này được Berliand xây dựng và áp dụng thành công ở Nga.
• Mô hình số trị dựa trên việc giải hệ phương trình đầy đủ của nhiệt động lực học khí quyển bằng phương pháp số.

Việc sử dụng mô hình toán học để giải bài toán chất ô nhiễm được bắt đầu từ năm 1859 do Angus Smith dung để tính sự phân bố nồng độ khí CO₂  ở thành phố Manchester theo phương pháp toán học của Gauss.

Từ những năm 70 trở lại đây, việc dung mô hình toán để tính toán phát tán chất ô nhiêm không khí được phát triển mạnh. Các nhà khoa học các nước Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc, Nga…ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện mỗi nước.

  Mô hình ISCST 3 là mô hình phân tán kiểu Gauss sử dụng để đánh giá tác động của nguồn đơn trong các ngành công nghiệp tại Mỹ. Mô hình AERMOD của US EPA dùng để phát tán ô nhiễm những địa hình phức tạp. Mô hình CALPUFF được Mỹ lựa chọn để đánh giá ảnh hưởng của công nghiệp và giao thông.

Ở Việt Nam hiện nay phương pháp mô hình hóa được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay mặc dù vấn đề ô nhiễm môi trường đã và đang được quan tâm, nhưng mạng lưới quan trắc các yếu tố đo đạc môi trường chưa đủ mạnh, do đó các nhà khoa học gặp khá nhiều khó khăn trong việc phân tích và đánh giá hiện trạng cũng như dự báo các tác động môi trường do ô nhiễm không khí gây ra. Trong phương pháp mô hình hóa dùng để tính toán và dự báo khả năng lan truyền chất ô nhiễm, các yếu tố khí tượng đóng vai trò rất quan trọng. Các yếu tố này được quan trắc thường xuyên hàng năm theo đúng quy định nhất định. Ở nước ta hiện nay, sử dụng mô hình tính toán với một số liệu khí tượng đủ lớn để tính toán phần nào sẽ cho kết quả tính toán nhanh, chính xác và hiệu quả hơn nhiều so với việc chỉ căn cứ vào một số ít số liệu đo đạc và quan trắc được để đánh giá.

Hai mô hình Berliand và Sutton (dạng cải tiến của Gauss) hiện nay được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam để đánh giá, dự báo các chất ô nhiễm không khí thải ra từ các nguồn thải công nghiệp, dân sinh, giao thông vận tải, xây dựng và khai khoáng. Đã có nhiều sự nghiên cứu, dự án ứng dụng các mô hình để đánh giá ô nhiễm không khí từ các hoạt động giao thông sản xuất công nghiệp như: Berliand, Sutton, ISC3, AERMOD, meti-lis…

Mô hình khuếch tán rối của Berliand và Sutton được Ths. Phạm Thị Việt Anh sử dụng để đánh giá hiện trạng môi trường không khí thành phố Hà Nội năm 2010 do các nghuồn thải công nghiệp gây ra. Kết quả mô phỏng cho thấy: nhìn chung Hà Nội bị ô nhiễm TSP lơ lửng ở mức độ cao, nhiều khu vực bị ô nhiễm đến 40% số ngày trong năm.

Mô hình Meti-lis cũng được sử dụng khá rộng rãi mô phỏng ô nhiễm từ nguồn điểm và nguồn đường: dự báo mức độ ảnh hưởng của khí thải nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch 1, tính toán phát tán chất ô nhiễm từ tuyến đường cao tốc Hải Dương – Quảng Ninh, Hà Nội – Hải Phòng… Kết quả chạy mô hình cho thấy việc áp dụng đối với nguồn điểm có độ chính xác cao hơn.

Năm 2014, Tiến sĩ Đầm Quang Thọ đã sử dụng mô hình Meti – lis đánh giá sự biến động ÔNKK theo ngày đêm và mùa của điều kiện khí hậu vùng núi khu vực Tây Nguyên. Năm 2013 tại tỉnh Thái Nguyên, cử nhân Khoa học Môi Trường của trường Đại học Khoa Học, Đoàn Thị Hoàng Yến đã nghiên cứu ứng dụng mô hình Meti – lis tính toán phát tán một số chất gây ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông và công nghiệp trên địa bàn thành phố Thái Nguyên – định hướng đến năm 2020.

Giáo sư đầu nghành về mô hình hóa ở Việt Nam (Bùi Tá Long) đã nghiên cứu tạo ra mô hình TISAP dùng để quản lí thông tin chung của doanh nghiệp về hoạt động sản xuất, sử dụng nhiên liệu và quản lí các thông tin phát thải của doanh nghiệp phù hợp với điều kiện Việt Nam. Mô hình được sử dụng khá phổ biến nhằm đánh giá tình hình phát thải khí SO₂, NO₂, CO cho các khu công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh.

Việc sử dụng mô hình kiểm soát không khí cho kết quả nhanh chóng và chính xác. Mặt khác nó cũng đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn khi mà các trang thiết bị đo đạc ô nhiễm không khí còn hạn chế.