Vấn đề thủy ngân (Hg) trong các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam

Đào Thị Hiền (1), Đinh Văn Tôn (2), Võ Thị Cẩm Bình (2), Nguyễn Thúy Lan (2), Nguyễn Mạnh Khải (3)
         (1) Ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN)
         (2) Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
          (3) Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN

         
Nhiệt điện than là một trong số các nguồn phát điện chủ yếu của Việt Nam, và đến nay, các nhà máy nhiệt điện trong nước đa số đều sử dụng nguồn than anthracide nội địa. Bên cạnh việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, nhiệt điện than cũng tiềm ẩn nhiều vấn đề môi trường nếu không được quản lý và kiểm soát tốt các nguồn thải như khí thải, nước thải, chất thải rắn (xỉ và tro bay). Cùng với việc phát hiện ra độc tính của Hg, việc nghiên cứu phát thải Hg từ các nhà máy nhiệt điện đốt than được các nhà nghiên cứu trên thế giới rất quan tâm, do Hg là thành phần xuất hiện trong nhiên liệu hóa thạch (đặc biệt là than). Việt Nam cũng đã bước đầu tìm hiểu, đánh giá vấn đề này.
Hiện nay, nhiệt điện than của Việt Nam đang sử dụng phổ biến hai loại công nghệ lò hơi là công nghệ lò than phun (PC) và công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn (CFB). Tại Việt Nam, công nghệ lò PC vẫn là lựa chọn ưu thế cho các nhà máy nhiệt điện đốt than trong tương lai, đến thời điểm sử dụng than bitum nhập khẩu thì sẽ áp dụng công nghệ lò PC có thông số hơi siêu tới hạn.
Công nghệ CFB mới bắt đầu phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước, nhưng nhanh chóng khẳng định là một công nghệ có tiềm năng rất lớn nhờ ưu điểm nổi bật: đốt cháy hiệu quả các loại than xấu có chất lượng thay đổi trong phạm vi rộng; có thể giảm phát thải các loại khí độc hại (NO_x, SO_x) trong quá trình đốt nhiên liệu, không cần lắp đặt thiết bị xử lý độc lập.
Lý do khiến công nghệ CFB được chú ý nhiều hơn chủ yếu như sau:

- Sử dụng được nguồn than phụ phẩm, chất lượng thấp, tồn đọng phục vụ cho mục đích phát điện với chi phí đầu tư không quá lớn.

- Công nghệ CFB cho phép đốt các loại than có hàm lượng lưu huỳnh trong than cao, chi phí xử lý thấp nhưng kiểm soát được việc phát thải SOx.

- Duy trì hiệu quả, linh hoạt khi sử dụng các loại than khác so với thiết kế ban đầu.

- Mặc dù công suất lò hơi chưa cao nhưng công nghệ lò FB và CFB vẫn đang tiếp tục phát triển, ưu thế hơn so với lò PC.

Theo tài liệu của UNEP đánh giá, lượng Hg phát thải từ các nhà máy nhiệt điện của các nước Châu Âu năm 2005 ước tính khoảng 29 tấn/năm, sau khi đã giảm từ 52 tấn/năm ở những năm 1995. Việc giảm phát thải Hg một cách đáng kể này là kết quả của tổng hợp các giải pháp bao gồm cả chuyển đổi nhiên liệu (từ than sang khí tự nhiên), cải thiện hiệu suất các nhà máy và hiệu quả đồng thời do áp dụng các công nghệ giảm phát thải, kiểm soát khí SO₂ và NO_x. Việc cắt giảm này được dự báo sẽ tiếp tục diễn ra do tăng cường kiểm soát và buộc giảm phát thải ở các nhà máy nhiệt điện của EU. Tổng lượng phát thải Hg từ các nhà máy nhiệt điện của EU dự báo sẽ thấp hơn 15 tấn vào năm 2020.Theo tài liệu của ACAPnăm 2001, lượng Hg phát thải từ các nhà máy nhiệt điện than ở Nga ước tính khoảng 8 tấn/năm, tại Ấn Độ khoảng 52 tấn/nămvà Trung Quốc khoảng 141 tấn/năm.
Về nguyên lý, Hg tồn tại trong than nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện đốt than, qua quá trình cháy với các phản ứng ôxy hóa diễn ra tại buồng đốt sẽ hình thành các dạng Hg với các hóa trị khác nhau (Hg⁰; Hg¹ và Hg² ) và dạng khác nhau (hơi, oxyt). Một phần Hg được phát tán vào môi trường không khí, một phần được giữ lại trong các thiết bị xử lý khí thải như lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi túi, v.v và sau đó được thu ở phễu thải tro, xỉ.
Theo Quy hoạch điện VII và đặc biệt sau khi Chính phủ quyết định không triển khai Dự án điện hạt nhân tại tỉnh Ninh Thuận, do vậy nhiệt điện đốt than vẫn là một nguồn cung cấp điện năng chính của Việt Nam, góp phần quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Với đặc điểm phân bố nguồn tài nguyên than nước ta chủ yếu ở các bể than phía Bắc, Đông Bắc như: Quảng Ninh, Thái Nguyên, Lạng Sơn, v.v, các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện nay trên cả nước cũng có sự phân hóa rõ rệt về vùng miền, tập trung chủ yếu ở các vùng gần nguồn tài nguyên. Tuy nhiên, do đặc thù về vị trí địa lý, và theo định hướng phát triển của Quy hoạch điện VII, đối với các nhà máy nhiệt điện khu vực phía Nam, nguồn than nhập khẩu (với đặc tính bitum và á bitum) đã, đang và sẽ được ưu tiên sử dụng cùng với việc khai thác các cảng chuyên dụng để nhập khẩu than từ Úc, Indonesia, Ấn Độ, v.v.
Năm 2016, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đã chủ trì tiến hành điều tra, khảo sát và lấy mẫu chất thải tại một số nhà máy nhiệt điện đốt than điển hình để đánh giá mức độ phát thải Hg, cụ thể là nhà máy nhiệt điện Uông Bí, Quảng Ninh (sử dụng công nghệ lò than phun - PC); Cao Ngạn, Mông Dương 1 (công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn - CFB).
Kết quả phân tích các mẫu chất thải được trình bày dưới đây:

 

Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, 2016
 

Từ kết quả trên, có thể thấy, Hg xuất hiện ngay từ than nguyên liệu đầu vào của các nhà máy nhiệt điện (tuy không cao - theo đặc tính than anthracide). Qua quá trình đốt cháy và nhiệt hóa, Hg chuyển hóa thành các dạng thù hình khác nhau và xuất hiện trong các loại chất thải.
Kết quả cũng cho thấy, hàm lượng Hg trong than nguyên liệu đầu vào càng cao thì hàm lượng Hg trong chất thải đầu ra tương ứng càng cao và ngược lại. Hg trong pha hơi cao hơn trong pha bụi của khí thải. Điều này là hoàn toàn hợp lý vì Hg là một chất dễ bay hơi (ngay ở nhiệt độ thường).
Hg trong pha rắn (kể cả pha bụi) tồn tại ở dạng các hợp chất trơ, không bị phân hủy bởi nhiệt độ trong quá trình đốt than, nhưng khi phát tán ra môi trường, chúng vẫn có thể là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Vấn đề phát thải Hg từ các nhà máy nhiệt điện đốt than là một vấn đề mới ở Việt Nam, vẫn đang trong quá trình nghiên cứu cả về mặt khoa học và chính sách. Kết quả nghiên cứu, khảo sát bước đầu của Nhiệm vụ về hàm lượng Hg xuất hiện trong than nguyên liệu và các dạng chất thải khác nhau của một số nhà máy nhiệt điện đốt than đã làm rõ được nguồn gốc, sự phát sinh Hg trong các chất thải nhiệt điện đốt than, là tiền đề để tiếp tục nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu, đề xuất các giải pháp về khoa học và công nghệ trong việc giảm thiểu nguồn chất thải độc hại này, đồng thời, tư vấn cho các cấp quản lý các giải pháp về kỹ thuật, công nghệ trong việc phát triển cũng như vận hành các nhà máy nhiệt điện đốt than.