Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
***
TÀI LIỆU GIẢNG DẠY
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG
CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2006
MỤC LỤC
Chương 2. Kiểm soát ô nhiễm không khí 1
Tài liệu tham khảo 54
MỤC LỤC 1
CÁC BẢNG 2
Các hình 2
1 2
2 CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 3
2.1 Chiến lược và kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí – hiệu quả dài hạn 3
2.2 giảm thiểu chất thải 5
2.2.1 Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn 5
2.2.2 Quá trình cháy và vấn đề môi trường 7
2.3 Phát tán ô nhiễm trong không khí 13
Hình 14. Nhóm xyclon 34
Hình 15. Xiclon tổ hợp 34
Hình 16. Thiết bò thu bụi kiểu gió xoáy 35
Hình 17. Máy hút bụi 36
Hình 18. Thiết bò lọc tay áo 37
Hình 19. Các cách phân bố dòng khí qua lớp vải lọc 38
Hình 20. Thiết bò lọc bụi với lớp hạt vật liệu rời chuyển động 39
Hình 21. Tháp rửa khí trần 40
Hình 22. Thiết bò rửa khí đệm 41
Hình 23. Thiết bò rửa khí với lớp đệm chuyển động 42
Hình 24. Thiết bò rửa khí sủi bọt 43
Hình 25. Thiết bò thu hồi bụi va đập quán tính 44
Hình 26. Tháp rửa khí ventury 45
Hình 27. Thiết bò thu bụi ướt 45
Hình 28. Thiết bò lọc bụi tónh điện dạng ống 46
Hình 29. Các dạng điện cực 47
Hình 30. Thiết bò hấp thụ dạng đệm 49
Hình 31. Sơ đồ thiết bò xử lí khí thải công nghiệp bằng nhiệt 53
1
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
2
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
2 CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.1 CHIẾN LƯC VÀ KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ – HIỆU
QUẢ DÀI HẠN
Trong gần 20 – 30 năm nay, hoạt động của con người thải nhiều chất ô nhiễm nghiêm
trọng, dẫn tới việc làm thủng tầng ozon, tăng hiệu ứng nhà kính, tăng thiên tai lũ lụt, các
bệnh về đường hô hấp cũng tăng lên một cách nghiêm trọng. Trước tình hình đó “Nghò
tác hại đối với môi trường, với sức khẻ con người. Vì vậy cần phải tiến hành việc
kiểm soát, đăng ký các nguồn gây ô nhiễm môi trường (chất thải, hìnht hức thải,
biện pháp phòng tránh, ứng cứu sự cố) và áp dụng các biện pháp xử lý đối với các
đơn vò vi phạm, khuyến khích đầu tư và áp dụng các công nghệ sản xuất sạch hơn.
Đăng ký nguồn chất thải sẽ giúp các cơ quan quản lý có thể kiểm soát chặt chẽ
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
3
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
những chất thải, đồng thời thúc đẩy các cơ sở sản xuất tự áp dụng mọi biện pháp
xử lý ô nhiễm môi trường, tự kiểm soát môi trường, hạn chế gây ô nhiễm.
¾ Kiểm soát chặt chẽ các phương tiện giao thông về số lượng, chất lượng phương tiện
vận chuyển, quy hoạch đường giao thông cũng sẽ hạn chế nạn ô nhiễm môi trường
không khí.
¾ Quy hoạch đô thò và các khu công nghiệp.
Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường, thiết lập bản đồ phân bố chất ô
nhiễm từng đòa phương, khu vực làm căn cứ để quản lý môi trường. Trên thực
tế, phát triển đô thò và sản xuất luôn luôn thay đổi nên cần điều chỉnh và bổ
sung đònh kỳ các sốù liệu điều tra cơ bản và hiệu chỉnh các bản đồ ô nhiễm theo
thực tế.
Bố trí mặt bằng đô thò và khu công nghiệp dựa trên cơ sở hiện trạng môi trường
và dự báo tác động môi trường của dự án. Phải có vùng cách li vệ sinh công
nghiệp (vùng đệm) giữa các khu dân cư và khu công nghiệp, đảm bảo môi
trường không khí xung quanh khu dân cư không bò ô nhiễm
Trồng cây xanh để giảm bức xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí, tăng độ ẩm và
làm trong sạch môi trường không khí.
• Áp dụng các kỹ thuật bảo vệ môi trường
Có ba phương pháp bảo vệ môi trường khí quyển cần được thực hiện đồng thời làø
giảm thiểu chất thải nhờ hoàn thiện công nghệ, máy móc thiết bò và tận dụng chất thải; xử
lý khí thải; phát tán chất thải vàokhí quyển qua ống khói cao.
Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn tự nhiên (núi lửa phun, cháy rừng, gió
bão…) giảm thiểu ô nhiễm không thể thực hiện được hay hiệu quả rất thấp, mà con người
chỉ đối phó với sự ô nhiễm bằng cách che chắn hoặc tránh xa khu vực chòu ảnh hưởng của
khí ô nhiễm.
Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn nhân tạo, con người có khả năng
giảm thiểu sự phát thải ô nhiễm. Các giải pháp như sau.
2.2.1.1
Giải thiểu ô nhiễm do giao thông vận tải
Đối với nguồn ô nhiễm không khí do giao thông việc xử lý có khó khăn. Do đó, giảm
thiểu chất ô nhiễm là một phương án hiệu quả. Các biện pháp thực hiện là.
• Nâng cao chất lượng đường giao thông sẽ giảm được bụi bốc lên khi có xe lưu thông,
giảm sự bào mòn lốp xe trên mặt đường và sinh bụi. Giảm số lần dừngxe và tăng tốc
độ xe sẽ giảm lượng phát thải khí ô nhiễm.
• Áp dụng phương pháp vệ sinh đường phố đúng, bụi được thu gom.
• Thay nhiên liệu. Sử dụng xăng không chì cho các xe gắn máy hai bánh. Thay dầu
diesel bằng hỗn hợp 40% metan (CH
4
) và khí hóa lỏng (LG). Hiện nay, người ta đang
chú ý đến các nhiên liệu mới là metanol, etanol, khì tự nhiên, propan và hydro.
• Nâng cao chất lượng động cơ. Sử dụng xe có tiếng ồn dưới 70 dB, dùng động cơ 4 thì
thay cho động cơ 2 thì. Sử dụng kiểu động cơ nạp điện nhiều tầng thực hiện quá trình
đốt nhiều bậc.
• Kiểm soát hệ thống thải của xe. Các xe lưu thông phải có bộ phận xử lý khí thải nhằm
giảm lượng bụi và khí ô nhiễm thoát ra ngoài. Cải tiến bộ phận này cũng mang lại
hiệu quả giảm lượng chất ô nhiễm đáng kể. Bộ phận xử lý khí thải thực hiện nguyên
lý phản ứng quay vòng khí thải và trao đổi xúc tác để tiếp tục oxy hoá monoxit cacbon
(CO), hydrocacbon và oxit nitơ (NO
x
).
• Quy hoạch mạng lưới giao thông công cộng thuận lợi, giảm lượng xe hai bánh cá nhân.
khí sạch, chắn gió, tăng giá trò thắng cảnh; vành đai cây xanh cách vệ sinh đối với
khu công nghiệp và đường giao thông; hệ thống công viên; cây trong hàng rào
công trình.
• Giảm thiểu lượng nhiên liệu hiện dùng:
¾ Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu bằng các biện pháp cải tiến công nghệ, đảm bảo
vận hành đúng quy trình kỹ thuật.
¾ Giảm tiêu hao năng lượng bằng các biện pháp tăng cường cách nhiệt, nâng cao
hiệu suất chiếu sáng dân dụng và đường phố, nâng cao hiệu suất các động cơ.
¾ Sử dụng nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ
điện, đòa nhiệt, năng lượng nguyên tử… để giảm sử nhiệt nhiên liệu than dầu cấp
cho nhiệt điện.
• Giảm thiểu chất thải công nghiệp:
¾ Dùng nhiên liệu có lượng lưu huỳnh thấp hay giảm bớt hàm lượng lưu huỳnh trước
khi đốt.
¾ Cải tiến quá trình đốt để giảm chất thải. Trong đó, chú ý đến các chất ô nhiễm là
bụi, SO
x
, NO
x
, CO. Các biện pháp như đã nêu ở phần trên.
• Áp dụng các phương pháp xử lý trước khi thải.
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
6
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
2.2.2 Quá trình cháy và vấn đề môi trường
Các chất ô nhiễm không khí sinh ra chủ yếu do quá trình đốt các loại nhiên liệu tạo
năng lượng phục vụ cho sản xuất cũng xử lý các loại chất thải hữu cơ (khí, lỏng, rắn) bằng
phương pháp đốt. Các thành phần ô nhiễm chủ yếu trong quá trình đốt là bụi, CO
x
hoặc phun sương (phun bụi). Tác nhân biến bụi là không khí nén, hơi nước áp suất cao hay
không khí từ quạt litâm cao áp. Chất biến bụi có áp cao phá vỡ độ bền vững của dòng chất
lỏng làm cho chúng bò chia nhỏ thành bụi.
Sau khi dòng lỏng đã biến bụi, để tạo sự cháy thành ngọn lửa cần qua các giai đoạn:
- Hoà trộn giữa bụi nhiên liệu và oxy của không khí.
- Sấy nóng hỗn hợp và chất lỏng bốc hơi.
- Phân hủy các hợp chất hydrocacbon. Quá trình này tạo các hạt muội than.
- Phản ứng cháy diễn ra.
• Đốt chất rắn
Khi đốt nhiên liệu rắn, quá trình cháy dò thể xảy ra giữa một chất rắn và chất khí (oxy
không khí), đồng thời có quá trình cháy đồng thể giữa hai chất khí là chấùt bốc hơi và oxy
không khí.
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
7
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Quá trình cháy của nhiên liệu rắn trong buồng đốt gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên khi
than được nung đến một nhiệt độ nhất đònh (đối với than là khoảng 200
o
C), chất bốc được
thoát ra khỏi than như khí hydro (H
2
), monoxit cacbon (CO), metan (CH
4
), hydrocacbon
(C
n
H
m
) hoà trộn với oxy và cháy đầu tiên. Khi kết thúc quá trình cháy của chất bốc thì
C + 3O
2
= 2CO
2
+ 2CO.
Sự cháy của cacbon lâu hơn và quyết đònh thời gian cháy của nhiên liệu. Tốc độ cháy
nhiên liệu rắn phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán oxy và tốc độ tách cacbon. Như vậy, trong
buồng đốt để oxy (từ gió) tiếp xúc với cacbon, cần tạo cho gió khối lượng và áp suất nhất
đònh. Nhiên liệu có thành phần chất bốc cao thì chất bốc cháy hết để lại nhiều lỗ xốp làm
tăng bề mặt tiếp xúc của cacbon với oxy nên có thể giảm áp suất gió.
2.2.2.2
Giảm thiểu ô nhiễm từ quá trình đốt
• Giảm thiểu hàm lượng bụi trong khói thải
Khi nhiên liệu được nung nóng đến 500-600
o
C, hydrocacbon phức tạp bò phân hủy
thành hợp chất đơn giản. Khi nhiệt độ cao hơn 600
o
C thì hydrocacbon lại tạo thành
hydrocacbon nặng, cao phân tử, hay bồ hóng. Thời gian lưu của hỗn hợp khí bụi trong
vùng đốt phải đủ thì chúng mới kòp cháy hoàn toàn.
• Giảm thiểu lượng CO trong khói thải
Lượng oxy cung cấp cho quá trình cháy không đủ sẽ làm tăng thành phần khí CO
trong khói thải. Nhiệt độ vùng cháy giảm hay áp suất buồng đốt giảm làm tăng lượng khí
CO sinh ra. CO là hợp chất rất bền, sự oxi hóa CO thành CO
2
trong điều kiện tự nhiên xảy
ra sau 4 – 5 năm. Ở nhiệt độ cao hơn 700
o
C CO mới bò oxi hóa bằng oxi trong không khí
còn lại cho vào vùng đốt bổ sung (dư không khí).
Một phần mỏ đốt làm việc với lượng không khí thiếu, còn phần khác chỉ cho
không khí để đốt tiếp tục các cấu tử chưa kòp cháy ở phần trước.
¾ Kết cấu mỏ đốt.
Mỏ đốt có kết cấu cho phép tuần hoàn khí cháy. Sự tuần hoàn có thể thực hiện do tự
nhiên nhờ dòng khí cháy chuyển động với vận tốc cao tạo áp suất âm nên dòng khí được
tuần hoàn một phần. Do tuần hoàn, nhiên liệu được khí hoá nhanh và giảm nhiệt độ cháy.
Lượng không khí không đủ và nhiệt độ thấp nên lượng NO
x
hình thành giảm. Tuần hoàn
do cưỡng bức thực hiện được nhờ quạt thổi không khí và khí cháy vào mỏ đốt. Hiệu quả
giảm NO
x
đến 30-35%.
Mỏ đốt tăng cường xáo trộn nhiên liệu và không khí. Không khí vào mỏ đốt theo hai
dòng. Nhiên liệu được trộn trước với dòng không khí thứ nhất trong mỏ đốt và cháy ở
buồng đốt. Quá trình cháy ở nhiệt độ cao die64 ra nhanh, nên NO
x
chưa kòp tạo thành với
khối lượng lớn. Phần chưa cháy sẽ được đốt tiếp với dòng không khí thứ hai có xáo trộn
trước. Trong lò, hỗn hợp khí nóng và không khí trộn chậm, ngọn lửa kéo dài và nguội,
lượng NO
x
giảm.
• Giảm thiểu SO
x
trong khí thải
Để giảm lượng SO
x
trong khí thải có thể thực hiện các biện pháp kiểm soát trước khi
• Lò đốt chất lỏng
Mỏ phun thực hiện chức năng biến bụi nhiên liệu lỏng để đưa hỗn hợp chất biến bụi
và nhiên liệu vào buồng lò. Yêu cầu đối với mỏ phun:
¾ Biến dòng nhiên liệu thành bụi nhỏ và hoà trộn với không khí
¾ Đảm bảo nhiên liệu cháy cho ngọn lửa bền và có kích thước xác đònh.
¾ Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, bền và vận hành thuận tiện.
Các loại mỏ phun sử dụng trong lò đốt chất lỏng gồm:
¾ Mỏ phun thấp áp. Chất biến bụi là không khí cấp từ quạt li tâm cao áp. Tất cả khôn
gkhi1 cần để cháy nhiên liệu đều cấp qua mỏ phun. Nhiệt độ nung trước không khí
≤300
o
C để tránh sự phân hủy nhiên liệu sinh bồ hóng làm tắc mỏ phun.
Nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn (1), không khí vào mỏ phun qua đường dẫn (2).
Nhiên liệu và không khí gặp nhau ở trước cửa ra của mỏ phun. Tại đây, nhiên liệu được
biến thành bụi, hỗn hợp bụi nhiên liệu và không khí quan miệng mỏ phun (3) vào buồng
đốt để cháy trong lò.
¾ Mỏ phun cao áp. Chất biến bụi là không khí nén hay hơi nước có áp suất cao.
Lượng không khí đốt nhiên liệu đưa qua mỏ đốt chiếm khoảng 7 – 12% tổng lượng
không khí đốt nhiên liệu. Lượng không khí còn lại sẽ cấp vào buồng lò bằng một
sẽ được dẫn trực tiếp không qua mỏ đốt.
Ống dẫn nhiên liệu lỏng (1) ở trong, ống dẫn chất biến bụi (3) bao bên ngoài. Khi làm
việc, chất biến bụi vào mỏ phun, chuyển động quanh ống dẫn nhiên liệu và gặp dòng lỏng
ở đầu mỏ phun. Tiết diện ra của chất biến bụi quyết đònh lưu lượng chất biến bụi vào phá
vỡ dòng lỏng được điều chỉnh bằng cách dòch chuyển ống dẫn lỏng.
Lò đốt chất thải lỏng. Chất thải dạng lỏng được đốt trực tiếp trong lò đốt bằng cách
phun vào vùng ngọn lửa hay vùng cháy của lò phụ thuộc vào nhiệt trò chất thải. Lò đốt
được duy trì nhiệt độ khoảng trên 1000
o
C. Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò từ vài
phần giây đến 2,5 giây.
quay, lò phun bụi …
Lò tầng sôi
Hình 2. Lò đốt tầng sôi
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
11
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Lò tầng sôi ống trụ có vỏ bọc và lưới phân phối không khí. Trên lưới đổ lớp cát dày
0,8-1 m (kích thước hạt 0,6-2,5mm). Tầng sôi được tạo thành khi thổi khí qua lưới phân
phối. Chất rắn được cho vào lò trộn mãnh liệt với cát nóng đỏ và cháy. Quá trình cháy
kéo dài không quá 1-2 phút.
Lò nhiều đáy
Lò nhiều đáy lò ống trụ có vỏ bọc đường kính 6-8m. Không gian cháy của lò được
chia thành 7-9 đáy nằm ngang. Ở tâm lò có trục quay được gắn một cơ cấu cào. Cặn cho
vào buồng phía trên lò, chuyển động xuống dưới qua lỗ có trong từng đáy. Ở buồng trên
cặn được sấy khô, còn trong ngăn giữa nó cháy. Lò này có đặc điểm là vận hành đơn giản,
hoạt động bền đối với sự dao động chất lượng và số lượng của cặn xử lí, bụi cuốn theo khí
không nhiều.
Lò đốt thùng quay
Lò thùng quay là trống quay nghiêng với lò đốt được đưa ra ngoài, ở đó nhiên liệu
lỏng hoặc khí cháy. Cặn sau khi tách nước được nhập từ đầu trống đối diện với lò đốt và
sẽ cháy trong vùng cháy. Ưu điểm của lò là khí thải ít ô nhiễm bụi, có khả năng đốt cặn
với độ tro và độ ẩm lớn.
Hình 3. Hệ thống đốt thùng quay
Lò đốt thùng quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải ở dạng rắn, cặn, bùn và
cũng có thể ở dạng lỏng. Thùng quay hoạt động ở nhiệt độ khoảng 1100
o
C.
pháp) rồi phát tán vào khí quyển qua ống khói cao.
Sự phát tán ô nhiễm là sự pha loãng chất ô nhiễm trong khí quyển. Động lực của quá
trình là do chuyển động của dòng chất thải và dòng không khí trong khí quyển, sự chênh
lệch nhiêt độ và sự chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm trong dòng thải với không khí xung
quanh.
2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí
Ngay sau khi thoát ra khỏi ống khói khí thải chòu tác động của nhiều yếu tố như thành
phần, tính chất và đặc tính của chính chất thải; chiều cao ống khói, hình dạng và kích
thước cổ ống khói; vận tốc thải (ở cổ ống khói); hướng và vận tốc gió; sự phân tầng nhiệt
độ, mức độ chảy rối và các chỉ số trạng thái của khí quyển; mưa; nhiệt độ và độ ẩm của
không khí. Dự đoán trạng thái của khí thải trong khí quyển là bài toán vô cùng phức tạp
và việc giải nó càng khó hơn do các quá trình trong khí quyển không ổn đònh va có thể
thay đổi rất nhanh theo thời gian.
Phụ thuộc vào điều kiện khí quyển, hình dạng bên ngoài của khí thải rất đa dạng
(theo hướng gió và có chiều dài đến hàng chục kilomét), nhanh chóng lan tỏa vào hướng
ngang và thẳng đứng, có dạng sóng nối đuôi nhau
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
13
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Chiều cao
ống khói
Sự phân tầng nhiệt
độ khí quyển
Khuếch tán
xoáy rối
Hiện tượng
nghòch đảo
Gió
Điều kiện thải
Sự kết tụ hạt
Hình 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán ô nhiễm trong không khí
• Gió. Gió là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát tán chất ô nhiễm
chất thải. Khi vận tốc gió nhỏ độ dựng cột khói (∆H) tăng, nhưng cột khói giữ cấu trúc
dày đặc lâu hơn và khó lan truyền dưới tác động của chỉ một mình khuyếch tán khí
quyển, nhưng do có hướng chuyển động lên trên nên nồng độ chất ô nhiễm trong lớp
khí quyển gần mặt đá6t nhỏ. Khi gió mạnh ∆H giảm xuống gần bằng không, nhưng
ngọn khói chòu sự tác động mạnh của khuyếch tán khí quyển nên nồng độ chất ô
nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt đất cũng thấp. Tồn tại vận tốc gió mà khi đó luồng
khói giữ cấu trúc dầy đặc và chuyển động theo phưong ngang, lúc này, nồng độ cực
đại của chất ô nhiễm tại mặt đất do một nguồi thải ra đạt giá trò lớn nhất và được gọi
là vận tốc gió nguy hiểm.
• Mưa. Mưa nói chung thúc đẩy sự loại chất ô nhiễm từ khí quyển. Tuy nhiên, mặt
ngược lại, mưa chuyển chất ô nhiễm từ khí quyển vào đất, nguồn nước và cây cối cũng
như các công trình nhân tạo. Đặc biệt khi lôi cuốn các chất ăn mòn hóa học, nước mưa
tuy chậm nhưng phá huỷ tất cả những gì có trên mặt đất.
• Sự phân tầng nhiệt độ của khí quyển. Xác đònh trạng thái của khí quyển không ổn
đònh, trung hòa, ổn đònh. Trạng thái không ổn đònh thuận lợi nhất cho việc phát tán, vì
nó kèm theo sự khuấy trộn mạnh không khí theo hướng thẳng đứng. Trong trạng thái
trung hòa sự phát tán giảm đáng kể. Còn trạng thái ổn đònh là bất lợi nhất cho sự phát
nhọn trong bán kính đến hàng chục kilomét.
• Chiều cao ống khói
Chiều cao ống khói H và độ dựng cột khói ∆H đóng vai trò quan trọng đối với sự phát
tán chất thải.
Độ dựng cột khói ∆H phụ thuộc hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển, vận tốc khí thải ở
đầu ra cổ ống khói ω
0
và vận tốc gió u.
Lực trọng trường làm giảm ∆H phụ thược vào khối lượng riêng của chất ô nhiễm. Nếu
thải sol khí (aerosol), chiều cao nâng hạt phân tán còn phụ thuộc vào hình dạng của
chúng. Hạt bông và kết tụ có dạng không đối xứng được nâng nhanh hơn các hạt gọn, gần
hình cầu. Các hạt nhỏ thì kết tụ với nhau thành hạt lớn và dễ dàng lắng trong bán kính vài
chục mét cách ống khói (ví dụ bụi xi măng).
Mỗi cấu tử có vận tốc lắng riêng và có nồng độ cực đại riêng trong lớp khí quyển sát
mặt đất.
• Sự ngưng tụ hơi
Sự ngưng tụ hơi thúc đẩy quá trình lắng, ngoài ra hơi có thể ngưng thành lỏng hoặc
thành hạt rắn. Ví dụ chì có trong khí thải của luyện kim màu, ở 300-400
o
C nó ở trạng thài
hơi, còn khi làm nguội nó nhưng tụ nhanh thành hạt rắn.
2.3.2 Phân loại nguồn ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất
Nguồn ô nhiễm của khu công nghiệp có thể được phân loại theo các dấu hiệu khác
nhau sau:
• Theo hệ thống thải chất độc hại nguồn thải được chia ra thành hai loại.
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
15
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
¾ Khí thải công nghệ là phần đuôi của khí công nghệ. Khí thải từ thiết bò công nghệ
Các nguồn thải nằm trong vùng quẩn phụ thuộc vào vận tốc gió có thể là nguồn cao
và thấp.
Khi vận tốc gió lớn, độ nâng cột khói không đáng kể, khí thải được thổi bởi gió vào
vùng quẩn. Trường hợp này nguồn được xem là nguồn thấp.
Nhóm I: Theo mức độ giảm vận tốc gió, độ dựng cột khói tăng và ở vận tốc
nào đó khí thải được lan truyền ngoài vùng quẩn. Các nguồn thấp như vậy khi
vận tốc gió nhỏ trở thành nguồn cao và có ý nghóa lớn đối với việc bảo vệ lớp
quyển gần mặt đất.
Nhóm II là nguồn thấp trong vùng bóng rợp, mà các chất ô nhiễm trong đó
(nhiệt độ gần bằng nhiệt độ khí quyển) khi vào khí quyển nó không có khuynh
hướng chuyển động lên trên.
Nguồn thải nhóm II là nguồn thấp và không chuyển thành nguồn cao khi vận tốc nhỏ.
Nhóm này gồm nguồn thải qua ống khói, quạt thổi, ống dẫn… Các nguồn này đặc biệt
nguy hiểm đối với lớp khí quyển gần mặt đất khi vận tốc gió nhỏ.
• Theo phương pháp thải không khí ô nhiễm vào khí quyển, nguồn thải chia ra
¾ Thải có tổ chức là nguồn thải qua ống khói, hầm lò. Thải có tổ chức thường được
kiểm soát và xử lý.
¾ Thải vô tổ chức là thải qua cửa sổ, phát sinh chất thải qua chỗ hở của thiết bò cũng
như bay hơi từ bề mặt chất lỏng hở. Việc kiểm soát và xử lý rất khó.
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
16
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
• Theo nhiệt độ khí thải, nguồn thải có thể chia ra: Nguồn nóng cao ∆t = t
kt
– t
kq
>100
o
C;
zy
C
σ
yx
C
σ
xz
C
w
y
C
v
x
C
u
t
C
21zyx
−+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
Trong đó:
C: nồng độ chất ô nhiễm trong không khí tại điểm có toạ độ (x,y,z); x,y,z: tọa độ điểm
khảo sát trong không gian. Gốc tọa độ là chân ống khói, trục nằm ngang x trùng với hướng
gió, y là tọa độ ngang vuông góc với trục x, z là trục đứng; u, v, w: vận tốc gió theo các
hướng x, y, z; t: thời gian; σ
x
, σ
y
, σ
z
: các thành phần ngang và đứng của hệ số khuếch tán
chất ô nhiễm; α
1
: hệ số kể đến sự thâm nhập thêm lượng ô nhiễm trên đường khuếch tán;
α
2
: hệ số kể đến sự biến hóa từ chất ô nhiễm này sang chất ô nhiễm khác do các phản
ứng hóa học trên đường khuếch tán.
Phương trình phát tán ô nhiễm rất khó giải mà nếu giải được thì lời giải cũng không
có giá trò thực tiễn vì như đã nói các điều kiện phát tán luôn thay đổi, mà lời giải chỉ thích
ứng với một điều kiện tức thời nào đó. Đối với các nhà kó thuật môi trường, họ chỉ cần
phương pháp tính phát tán ô nhiễm có sự kết hợp giữa các tính chất đặc trưng của chất thải
với trạng thái của khí quyển cho một đòa phương cụ thể nào đó trong khoảng thời gian dài.
Một số phương pháp tính dựa trên cơ sở đơn giản hóa phương trình phát tán được trình
1/3
/g.
M - tải lượng chất ô nhiễm thải vào khí quyển, g/s; H - chiều cao nguồn thải tính từ
mặt đất, m; V - lưu lượng thể tích khí thải, m
3
/s; ∆T – hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển,
o
K. Nhiệt độ khí quyển cần lấy cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13 giờ.
F - Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng của chất ô nhiễm trong khí quyển. Hệ
số F: đối với chất ô nhiễm là khí F = 1; đối với chất ô nhiễm là bụi:
¾ Nếu hiệu quả xử lý η≥ 90% F = 2;
¾ Nếu hiệu quả xử lý 75 ≤ η < 90% F = 2,5;
¾ Nếu hiệu quả xử lý η < 75% F = 3,0
m và n – các hệ số vô thứ nguyên, tính đến điều kiện thoát khí từ cổ nguồn thải. m
được xác đònh theo công thức sau;
m = (0,67 + 0,1
f
+0,34
3
f
)
-1
nếu f < 100
m = 1,47
3
f
nếu f > 100
Với f=
∆TH
Dω10
TV.∆
• Phân bố chất ô nhiễm trong không khí sát mặt đất
Vận tốc gió nguy hiểm là vận tốc gió mà khi đó nồng độ cực đại của chất ô nhiễm ở
lớp khí quyển gần mặt đất đạt giá trò lớn nhất. Vận tốc gió nguy hiểm (u
m
) được xác đònh
như sau:
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
18
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
u
m
= 0,5 nếu V
m
≤ 0,5
u
m
= V
m
nếu 0,5 < V
m
≤ 2
)f0,12(1Vu
mm
+=
nếu V
m
> 2
C
x
= S
1
. C
max
Hệ số S
1
được xác đònh theo đồ thò phụ thuộc tỉ lệ X/ X
m
.
Nồng độ chất ô nhiễm trong lớp khí quyển sát mặt đất theo phương vuông góc chiều
gió ở khoảng cách y được xác đònh theo công thức
C
y
= S
2
C
x
Với C
x
- nồng độ chất ô nhiễm tại trục hướng gió; S
2
- hệ số vô thứ nguyên xác đònh
theo đồ thò.
• Chiều cao ống khói
Chiều cao tối thiểu của ống khói bảo đảm nồng độ trong khí quyển sát mặt đất bằng
giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn môi trường không khí xung quanh tính theo công thức:
H =
⎢
⎤
⎦
⎥
⎥
1
1
1
Ngoài ra, chiều cao ống khói phải vượt các nhà dân ở lân cận không dưới 2,5 lần.
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
19
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Giới hạn thải các chất ô nhiễm vào khí quyển cho phép, khi đó nồng độ chất ô nhiễm
ở lớp không khí gần mặt đất không vượt quá tiêu chuẩn cho phép C
cp
được xác đònh theo
công thức:
C
cpt
=
CH V T
AFmn
cp
2
3
.∆
Các công thức được tính trong trường hợp nồng độ phông của chất ô nhiễm bằng
không nếu C
đất là:
C
max
=
2
3
.
H
∆TV'
N
FmnAM'
, mg/m
3
.
Với M’ - tổng tải lượng ô nhiễm, g/s; V’ - tổng lưu lượng thể tích khí thải, m
3
/s; N - số
nguồn thải (số ống khói)
Vận tốc gió nguy hiểm u
m
trong trường hợp này được tính là: V
m
= 0,65
VT
NH
'∆
3
.
• Các nguồn thải không thể đưa vào 1 điểm
Trường hợp này, việc tính nồng độ cực đại được tiến hành cho các tọa độ mạng lưới
ω.V7,1.
1
8.V
D
=
Vận tốc gió nguy hiểm tính như sau:
Nếu V
m
≤ 0,5 m/s u
m
= 0,5 m/s
Nếu 0,5 < V
m
≤ 2 m/s u
m
= V
m
Nếu V
m
> 2 m/s u
m
= 2,2.V
m
Còn hệ số d được tính như sau
¾ Nếu V
m
≤ 2 d = 11,4.V
m
rH)(Z
1
rH)(Z
1
4π
M
Nồng độ trên mặt đất Z = 0
22
rH2π
M
C
+Α
=
Trong đó, M: tải lượng chất ô nhiễm, mg/s;
A: hệ số truyền khối xoáy rối, m
2
/s. Trong tính toán, A được nhận giá trò nhỏ nhất
bằng 0,05 m
2
/s, giá trò nhỏ hơn trong thực tế khó xảy ra.
Theo công thức này ta có thể tính nồng độ cực đại chất ô nhiễm gây ra do nguồn
nhóm II trong điều kiện khí quyển bất lợi. Bởi vì nồng độ gần nguồn không thể lớn hơn tại
nguồn C
0
, nên công thức trên đúng đối với các điểm có bán kính r
0
cách nguồn. R
0
được tính theo công
thức K
h
= 2,05exp(-0,61h
e
-2
); h
e
: độ dựng cột khói hữu ích trên nhà xưởng; h
e
=
n
n1
H
∆hHh +−
; h
1
: Chiều cao ống khói từ mặt đất, m; ∆h: độ dựng cột khói, m; K
l
– hệ số
phụ thuộc tỷ lệ kích thước nhà xưởng (l/H
n
).
Công thức này không chỉ tính độ cao ống khói mà còn tính độ dựng cột khói do lực
quán tính, sinh ra do dòng khí thải chuyển động lên trên với vận tốc ω.
Bởi vì nhiệt độ khí thông thoáng thải vào khí quyển thường không khác nhiệt độ môi
trường xung quanh nên để đơn giản hóa việc tính toán có thể bỏ qua lực nâng do chênh
lệch nhiệt độ, khi đó ta có
∆h =
.v
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
n
n
n1
nn
n1
e
H
D
D
H
Hh
h
.v
.ωDα.
h
.v.H
α.D.ω
H
Hh
h
=
−
=
+=+
−
=
ϕϕ
.ωD0,2.
hh' −=
Kết hợp các công thức ta có
Nếu v < 2 m/s: C
max
=
.vH
.e2,05.M.K
2
2
.v
.ωD1,9.
h0,61
l
n
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−
ϕ
Lấy đạo hàm phương trình theo v, cho nó bằng 0, giải phương trình theo v ta thu được
công thức tính vận tốc gió nguy hiểm
(
=
.vH
.e2,05.M.K
2
2
.v
.ωD2,3.
'h0,61
l
n
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−
ϕ
(
)
()
h'3,3'h
1
h'B
h'.B
.H
4,6.D.ω
23
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Nếu v < 2 m/s → a = 2,05 / 3,8 = 0,54; Nếu v > 2 m/s → a = 2,05 / 4,6 = 0,45;
E – hệ số phụ thuộc
h
nếu v < 2 m/s và phụ thuộc
'h
nếu v > 2 m/s
2
2
h3,3h0,15.
2
e
h3,3h
E
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+
−+
=
Các giá trò B(
h
Ví dụ: kết quả tính vận tốc gió nguy hiểm cho trường hợp thải chất độc hại qua ống
khói trên nhà xưởng cao H
n
= 10 m với các chiều cao ống khói, đường kính và vận tốc
thoát khí theo hướng thẳng đứng khác nhau trình bày trong bảng
H
n
D
h
ω ϕ
v
m
10 1 0,5 8 1,1 2,15
10 0,5 0,5 8 1,1 1,08
10 0,6 0,2 16 1,0 2,25
10 0,3 0,3 16 1,0 1,12
10 0,2 0,2 6 1,0 028
10 0,15 0,2 6 1,0 0,22
2.3.3.2 Mô hình Gaussian
• Một số giả thiết khi lập mô hình:
¾ Lượng thải chất ô nhiễm do nguồn thải ra là hằng số theo thời gian
¾ Tốc độ gió không đổi theo thời gian và theo độ cao vệt khói
¾ Trong vệt khói không bổ sung thêm ô nhiễm, cũng như không xét đến trường hợp
chất ô nhiễm giảm đi do phản ứng hóa hợp chuyển thành chất khác.
¾ Đòa hình bằng phẳng không có vật cản.
• Nồng độ chất ô nhiễm
Với các điều kiện gần đúng này và phương trình vi phân mô tả quá trình phát tán ta
có phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, y, z) như sau:
()
2
z
2
2
z
2
2
y
2
zy
zy,x,
2τ
zH
exp
2τ
zH
exp.
2σ
y
exp.
σ2ππu
E
C
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải
24
Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương
Phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, 0, 0):
()
: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang
phương y, m;
σ
z
: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương đứng phương z, m;
• Tính hệ số phát tán σ
y,
σ
z
Hệ số phát tán phụ thuộc vào độ ổn đònh của khí quyển. Phân loại độ ổn đònh khí
quyển theo Turner như sau.
Bảng 1. Phân cấp ổn đònh của khí quyển theo Turner
Ban ngày theo nắng chiếu Ban đêm theo độ mây (5) Tốc độ gió
trên mặt đất
(m/s) (1)
Mạnh (2) Trung bình (3) Yếu (4) Nhiều mây,
độ mây ≥ 4/8
Ít mây, độ
mây ≤ 3/8
< 2 A A - B B E F
2 - 3 A – B B C E F
3 - 5 B B – C C D E
5 - 6 C C – D D D D
> 6 D D D D D
Ghi chú:
(1) Là tốc độ gió ở độ cao 10m so với mặt đất
(2) Nắng mùa hè, khi mặt trời có góc cao lớn hơn 60
o
(3) Nắng mùa hè, khi bầu trời có một số mảng mây và trời trong sáng, khi mặt trời có
25
Copyright: Tài liệu đại học ©