QUAN TRẮC KHÍ THẢI: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐO TRÍCH MẪU VÀ ĐO TRỰC TIẾP

Trong hệ thống quan trắc khí thải tự động (CEMS), phương án lắp đặt thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cấu hình hệ thống, khả năng duy trì đặc tính mẫu, thời gian đáp ứng và yêu cầu bảo trì. Hai phương pháp thường được sử dụng là trích mẫu (extractive) và đo trực tiếp trên thân ống khói (in-situ). Mỗi phương pháp có nguyên lý, ưu điểm và điều kiện áp dụng khác nhau, vì vậy doanh nghiệp cần đánh giá đồng thời thông số đo, đặc tính nguồn thải, vị trí lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật trước khi lựa chọn.

1. Hai phương pháp trong hệ thống quan trắc khí thải 

Sự khác biệt cơ bản giữa hai phương pháp nằm ở vị trí thực hiện phép đo. Hệ thống trích mẫu đưa một phần khí thải từ ống khói đến thiết bị phân tích, trong khi hệ thống in-situ thực hiện phép đo ngay trong dòng khí thải. 

1.1. Phương pháp trích mẫu 

Với phương pháp trích mẫu, một phần khí thải được hút từ ống khói qua đầu lấy mẫu, sau đó được dẫn đến thiết bị phân tích bằng đường ống chuyên dụng. Tùy theo đặc tính khí và nguyên lý đo, hệ thống có thể cần lọc bụi, gia nhiệt, tách ẩm, pha loãng hoặc thực hiện các bước điều hòa mẫu khác. 

Một hệ thống trích mẫu thường gồm: 

• Đầu lấy mẫu. 

• Bộ lọc bụi. 

• Đường ống dẫn mẫu. 

• Bơm hút mẫu. 

• Bộ xử lý hoặc điều hòa mẫu. 

• Thiết bị phân tích khí. 

• Bộ thu thập, lưu trữ và truyền dữ liệu. 

Cấu hình thực tế phụ thuộc vào thông số cần giám sát, nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng bụi, thành phần khí nền và khả năng gây ăn mòn của dòng khí thải. 

Các phương án xử lý mẫu thường gặp gồm: 

• Trích mẫu nóng - ướt: đầu lấy mẫu và tuyến dẫn được duy trì trên điểm sương của dòng khí nhằm hạn chế ngưng tụ. Phương án này giúp giảm nguy cơ thất thoát những thành phần dễ hòa tan hoặc bị hấp phụ khi tiếp xúc với nước ngưng. 

• Trích mẫu lạnh - khô: mẫu được làm mát và tách ẩm trước khi đưa đến thiết bị phân tích. Phương án này có thể giúp thiết bị làm việc trong điều kiện ổn định hơn nhưng cần đánh giá khả năng mất những thành phần khí dễ hòa tan trong nước. 

• Trích mẫu pha loãng: mẫu khí được pha loãng với khí sạch trước khi vận chuyển và phân tích. Việc sử dụng phương án này phụ thuộc vào nguyên lý đo và yêu cầu của từng hệ thống. 

Không phải mọi hệ thống trích mẫu đều sử dụng cùng một quy trình. Phương án xử lý mẫu phải bảo đảm khí đến thiết bị phân tích vẫn đại diện cho dòng khí thải tại ống khói. 

1.2. Phương pháp đo trực tiếp 

Với phương pháp in-situ, thiết bị được lắp trực tiếp trên thân ống khói hoặc đường dẫn khí để thực hiện phép đo mà không sử dụng đường ống đưa mẫu đến thiết bị phân tích đặt từ xa. 

Tùy thiết kế, hệ thống có thể đo tại một điểm hoặc đo dọc theo đường quang đi qua tiết diện ống khói. Nhiều thiết bị sử dụng nguyên lý quang học để xác định nồng độ khí dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng của từng thành phần. 

Do không cần vận chuyển mẫu đến nhà trạm, phương pháp này giúp giảm các hạng mục như bơm hút, đường dẫn mẫu và hệ thống điều hòa mẫu. Thời gian đáp ứng cũng có thể nhanh hơn do không phát sinh độ trễ trong quá trình vận chuyển khí. 

Tuy nhiên, thiết bị phải hoạt động trực tiếp trong môi trường có thể chứa bụi, hơi nước, khí ăn mòn, rung động và nhiệt độ cao. Đối với thiết bị quang học, bụi bám trên bề mặt quang, sai lệch căn chỉnh hoặc giọt nước cuốn theo dòng khí đều có thể ảnh hưởng đến tín hiệu đo. 

Vì vậy, hệ thống đo trực tiếp vẫn cần được vệ sinh, kiểm tra, hiệu chuẩn và bảo trì theo hướng dẫn của nhà sản xuất. 

2. So sánh trích mẫu và đo trực tiếp 

Hai phương pháp không chỉ khác nhau về vị trí thiết bị mà còn khác về cách kiểm soát điều kiện đo và yêu cầu vận hành. 

Bảng trên chỉ thể hiện sự khác biệt tổng quát. Hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào công nghệ phân tích, cấu hình thiết bị, điều kiện nguồn thải và chất lượng công tác vận hành. 

3. Các yếu tố quyết định phương pháp lựa chọn 

Không nên lựa chọn phương pháp chỉ dựa trên số lượng thiết bị, chi phí đầu tư ban đầu hoặc nhận định rằng một công nghệ luôn tốt hơn công nghệ còn lại. 

3.1. Thông số cần quan trắc 

Mỗi thành phần khí có đặc tính hóa học và yêu cầu phân tích khác nhau. Một số chất dễ hòa tan trong nước, bị hấp phụ lên bề mặt hoặc phản ứng với vật liệu đường ống. Nếu mẫu bị làm lạnh hoặc ngưng tụ không đúng cách, nồng độ đo được có thể thấp hơn giá trị thực tế tại ống khói. 

Trong trường hợp này, hệ trích mẫu nóng - ướt hoặc thiết bị đo trực tiếp có thể được xem xét nếu đáp ứng được dải đo và điều kiện vận hành. Ngược lại, những thông số có thể phân tích ổn định sau khi lọc và điều hòa mẫu có thể sử dụng hệ trích mẫu lạnh - khô. 

Cần lưu ý rằng việc lựa chọn giữa hai phương pháp không áp dụng giống nhau cho mọi thông số. Theo thông tư 10/2021/TT-BTNMT, thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, bụi và lưu lượng phải được gắn trên thân ống khói. Đối với các thông số khí, phương án lắp đặt được xác định dựa trên nguyên lý đo, đặc tính nguồn thải và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. 

Doanh nghiệp cần xác định trước: 

• Danh sách thông số cần giám sát. 

• Dải nồng độ dự kiến. 

• Quy chuẩn và giới hạn áp dụng. 

• Thành phần khí nền. 

• Các chất có khả năng gây nhiễu. 

• Cơ sở biểu thị kết quả trên khí ướt hoặc khí khô. 

3.2. Nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương 

Khi nhiệt độ khí giảm xuống dưới điểm sương, hơi nước sẽ ngưng tụ trong đường ống. Nước ngưng có thể làm thay đổi thành phần mẫu, gây ăn mòn, làm tắc đường dẫn hoặc ảnh hưởng đến thiết bị phân tích. 

Với hệ trích mẫu, cần xác định đầu lấy mẫu và đường ống có phải gia nhiệt hay không, mẫu có cần được làm khô hoặc pha loãng trước khi phân tích hay không. Nhiệt độ tuyến dẫn phải được kiểm soát phù hợp trong suốt quá trình vận chuyển mẫu. 

Với hệ đo trực tiếp, không phát sinh ngưng tụ trong đường dẫn mẫu từ xa nhưng nhiệt độ, hơi nước và giọt nước trong dòng khí vẫn có thể ảnh hưởng đến đầu đo hoặc đường quang. Vì vậy, không nên mặc định in-situ hoàn toàn không chịu ảnh hưởng của độ ẩm. 

3.3. Hàm lượng và đặc tính bụi 

Bụi có thể gây tắc đầu lấy mẫu, làm bẩn bộ lọc hoặc tích tụ trong đường dẫn của hệ trích mẫu. Đối với thiết bị đo trực tiếp, bụi bám trên bề mặt quang học có thể làm suy giảm tín hiệu và tăng tần suất vệ sinh. 

Ngoài nồng độ bụi, cần xem xét kích thước hạt, độ bám dính, khả năng hút ẩm và sự thay đổi của bụi theo từng chế độ vận hành. Nguồn thải có bụi cao không đồng nghĩa luôn phải chọn trích mẫu hoặc luôn phải chọn in-situ. Khả năng đáp ứng phụ thuộc vào thiết kế bảo vệ, cơ chế làm sạch và nguyên lý của từng thiết bị. 

Các thành phần có tính ăn mòn cũng cần được đánh giá để lựa chọn vật liệu đầu lấy mẫu, đường ống, gioăng, đầu đo và các bộ phận tiếp xúc. 

3.4. Vị trí lắp đặt và khả năng bảo trì 

Vị trí đo phải có khả năng phản ánh đại diện cho dòng khí thải. Theo yêu cầu kỹ thuật, vị trí lỗ quan trắc cần ưu tiên đoạn ống có dòng khí ổn định, không nằm tại miệng ống khói, vị trí co thắt, giãn nở hoặc quá gần quạt hút và quạt đẩy. 

Với hệ trích mẫu, thiết bị phân tích có thể đặt tại khu vực thuận tiện hơn cho kỹ thuật viên. Tuy nhiên, đầu lấy mẫu và tuyến ống vẫn cần được tiếp cận để kiểm tra tình trạng tắc nghẽn, ngưng tụ và suy giảm lưu lượng. 

Với hệ in-situ, đầu đo được lắp trực tiếp trên ống khói nên công tác vệ sinh, căn chỉnh hoặc thay thế có thể phức tạp nếu vị trí cao và khó tiếp cận. 

Khi khảo sát cần đánh giá sàn thao tác, lan can an toàn, nguồn điện, không gian lắp đặt, rung động, nhiệt độ môi trường và phương án đưa thiết bị lên vị trí đo. 

4. Trường hợp nên xem xét từng phương pháp 

Không có phương pháp duy nhất phù hợp với mọi nguồn thải. Việc lựa chọn nên dựa trên tổng thể điều kiện kỹ thuật và yêu cầu vận hành. 

Hệ thống in-situ có ít bộ phận phụ trợ hơn nhưng chưa chắc có tổng chi phí vòng đời thấp hơn nếu vị trí đo khó tiếp cận hoặc cần vệ sinh thường xuyên. Ngược lại, hệ trích mẫu có nhiều thiết bị phụ trợ nhưng có thể thuận tiện hơn khi toàn bộ máy phân tích được bố trí trong nhà trạm. 

5. Những lưu ý kỹ thuật khi thiết kế hệ thống quan trắc khí thải online 

Dù lựa chọn trích mẫu hay đo trực tiếp, hệ thống quan trắc cần được thiết kế dựa trên đặc tính nguồn thải và mục tiêu giám sát. Một số nội dung cần làm rõ trước khi chốt cấu hình gồm: 

• Xác định đúng thông số và dải đo. Danh sách thông số cần đo phải xuất phát từ yêu cầu quản lý áp dụng cho cơ sở, giấy phép môi trường và đặc điểm quy trình sản xuất. Không nên chọn thiết bị trước rồi mới xác định khả năng đáp ứng. 
• Đánh giá điều kiện tại vị trí đo. Cần thu thập thông tin về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, hàm lượng bụi, thành phần khí và sự thay đổi khi nhà máy vận hành ở các chế độ khác nhau. 
• Bảo đảm tính đại diện của mẫu hoặc vị trí đo. Với hệ thống trích mẫu, cần lựa chọn vị trí và thiết kế đầu lấy mẫu phù hợp. Với hệ thống đo trực tiếp, cần xem xét vị trí đầu đo, đường quang và khả năng phản ánh đặc tính dòng khí trong ống khói. 
• Xây dựng phương án bảo trì và kiểm tra chất lượng dữ liệu. Cần xác định chu kỳ kiểm tra, vệ sinh, hiệu chuẩn hoặc các hoạt động bảo đảm chất lượng theo yêu cầu của thiết bị và quy định áp dụng. Đồng thời, phải có phương án xử lý khi thiết bị báo lỗi, mất tín hiệu hoặc kết quả đo bất thường. 
• Kiểm tra yêu cầu tích hợp và truyền dữ liệu. Ngoài thiết bị phân tích, hệ thống có thể cần bộ thu thập dữ liệu, phần mềm quản lý, kết nối truyền dữ liệu và các hạng mục phụ trợ. Phương pháp đo không thay thế yêu cầu về cấu hình, kiểm tra và truyền dữ liệu theo quy định hiện hành. 

6. AQUACO tư vấn giải pháp quan trắc khí thải 

AQUACO tư vấn và tích hợp hệ thống quan trắc khí thải tự động dựa trên thông số cần giám sát, đặc tính nguồn thải, vị trí ống khói và yêu cầu quản lý dữ liệu của từng dự án. 

Tùy điều kiện thực tế, phương án triển khai có thể bao gồm thiết bị đo trực tiếp trên thân ống khói, hệ thống trích mẫu và xử lý mẫu, thiết bị phân tích khí, khí chuẩn, bộ thu thập dữ liệu, camera, nguồn điện dự phòng và hệ thống truyền dữ liệu. 

Trước khi yêu cầu tư vấn, doanh nghiệp nên chuẩn bị: 

• Giấy phép môi trường và danh sách thông số cần quan trắc. 

• Kết quả phân tích khí thải gần nhất. 

• Nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng và hàm lượng bụi. 

• Kích thước, chiều cao và bản vẽ ống khói. 

• Hình ảnh vị trí dự kiến lắp đặt. 

• Điều kiện tiếp cận và hạ tầng hiện có. 

• Yêu cầu lưu trữ, quản lý và truyền dữ liệu. 

Những thông tin này giúp xác định phương án đo, dải thiết bị, các hạng mục phụ trợ và kế hoạch bảo trì sát với điều kiện vận hành thực tế. 

Lựa chọn giữa trích mẫu và đo trực tiếp không nên chỉ dựa trên chi phí đầu tư hoặc số lượng thiết bị. Một hệ thống phù hợp cần bảo đảm phép đo đại diện, hạn chế ảnh hưởng của bụi và độ ẩm, thuận tiện cho kiểm tra, bảo trì và đáp ứng yêu cầu quản lý dữ liệu trong suốt quá trình vận hành. 

Liên hệ AQUACO để được khảo sát và tư vấn giải pháp quan trắc khí thải tự động phù hợp với đặc điểm nguồn thải của doanh nghiệp. 

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ AQUA 

• Văn phòng đại diện:  23 Đường Số 4, Cư Xá Chu Văn An, Phường Bình Thạnh, TP.HCM.  

• Văn phòng giao dịch: Số 2 đường 5, Khu phố 67, Phường Hiệp Bình, TP HCM.

• Văn phòng Hà Nội: 18-D4 Thanh Xuân Bắc, Phường Thanh Xuân, Hà Nội

• Hotline:  0909 246 726   

• Tel: 028 6276 4726   

• Email: info@aquaco.vn