Xác định hệ số phát thải của một số chất ô nhiễm không khí do đốt củi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT6DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ7ĐẶT VẤN ĐỀ8CHƯƠNG I. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO ĐỐT CỦI91.Vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu củi92.Các chất ô nhiễm không khí phát sinh do đốt củi102.1.Lưu huỳnh điôxit 102.2.Cácbon mônôxít 112.3.Các nitơ ôxít132.4.Bụi16CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI181.Khái niệm hệ số phát thải182.Ứng dụng và hạn chế của hệ phát thải193.Phương pháp xác định hệ số phát thải203.1.Xác định lượng bụi203.2.Các chất ô nhiễm dạng khí243.2.1.Phương pháp lấy mẫu243.2.1.1.Phương pháp hấp thụ243.2.1.2.Phương pháp hấp phụ253.2.1.3.Phương pháp ngưng tụ253.2.1.4.Phương pháp thể chỗ khí263.2.2.Phương pháp đo trực tiếp274.Phương pháp xác định lưu lượng dòng khí28CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM291.Danh mục các thiết bị, vật liệu292.Mô tả thí nghiệm:303.Quá trình thực nghiệm323.1.Lựa chọn nhiên liệu323.2.Tiến hành thí nghiệm333.2.1.Xác định hàm ẩm333.2.2.Lắp đặt thiết bị343.2.3.Quy trình đốt nhiến liệu36CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN381.Các thông số phụ381.1.Hàm ẩm381.2.Phần nhiên liệu không cháy hết391.3.Tốc độ cháy402.Hệ số phát thải bụi413.Hệ số phát thải CO43KẾT LUẬN47TÀI LIỆU THAM KHẢO48PHỤ LỤC50

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trường Đại học Bách khoa Hà

nội

-*** -CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Lê Thị Ngọc Dung Số hiệu sinh viên: CNMT

Lớp: Công nghệ môi trường_Quy Nhơn Khoá: 50

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

Ngành: Công nghệ môi trường

1.Đầu đề thiết kế

Xác định hệ số phát thải của một số chất ô nhiễm không khí do đốt củi

2 Các số liệu ban đầu

- Phương pháp 1 của Cục bảo vệ môi trường Mỹ

- Các tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

- Tổng quan về :

+ Ô nhiễm môi trường do đốt củi

+ Phương pháp xác định hệ số phát thải cho nguồn tĩnh

- Thực nghiệm xác định hệ số phát thải

- Tính toán, kết quả

4 Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các loại bản vẽ):

5 Cán bộ hướng dẫn

TS Nghiêm Trung Dũng, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 12/03/2010

7 Ngày hoàn thành đồ án :17/06/2010

Ngày 17 tháng 06 năm 2010

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng 06 năm 2010

Người duyệt

(ký, ghi rõ họ tên)

Lêi c¶m ¬n

Đầu tiên em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Giáo viên hướng dẫn –

TS Nghiêm Trung Dũng, người đã tận tình chỉ bảo, và cho em những lời khuyên hết sức hữu ích để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án của mình.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đặc biệt các thầy cô, các anh chị cán bộ trung tâm Quan trắc môi trường và phòng thí nghiệm Phối hợp nghiên cứu tái chế chất thải

đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành nhiệm vụ.

Em cũng xin cảm ơn sự góp ý, chia sẻ kinh nghiệm của các anh chị, bạn bè trong thời gian cùng tiến hành thực nghiệm.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn mọi người trong gia đình cảm đã động viên, khích lệ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể học tập, nghiên cứu

CHƯƠNG I Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO ĐỐT CỦI 9

2 Các chất ô nhiễm không khí phát sinh do đốt củi 10

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI 18

3.2.1.1 Phương pháp hấp thụ 24

3.2.1.2 Phương pháp hấp phụ 25

3.2.1.3 Phương pháp ngưng tụ 25

3.2.1.4 Phương pháp thể chỗ khí 26 3.2.2.Phương pháp đo trực tiếp 27

4 Phương pháp xác định lưu lượng dòng khí28

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM 29

3.2.3.Quy trình đốt nhiến liệu 36

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

Hình 1 2 Lượng nhiên liệu củi tiêu thụ ở Việt Nam

Hình 2 1 Vị trí mặt phẳng lấy mẫu

Hình 2 2 Giản đồ để xác định số điểm lấy mẫu

Hình 2 3 Khoảng các điểm lấy mẫu đến thành ống dẫn (%d)

Hình 2 4 Ví dụ phân bố 12 điểm lấy mẫu trong ống dẫn tiết diện chữ nhật

Hình 3 1 Chụp hút

Hình 3 2 Sơ đồ cấu tạo ống khói

Hình 3 3 Đầu dò cảm biến

Hình 3 4 Máy đo khí Dräger

Hình 3 5 Mũi lấy mẫu

Hình 3 6 Bơm hút

Hình 3 7 Máy đo lưu lượng AXD 530

Hình 3 8 Chuẩn bị nhiên liệu

Hình 3 9 Xếp củi vào bếp

Hình 3 10 Đo nhiệt độ ngọn lửa

Hình 4 1 So sánh hệ số phát thải bụi của các loại củi

Hình 4 2 So sánh hệ số phát thải CO của các loại củi

Hình 4 3 Diễn biễn phát thải CO

ĐẶT VẤN ĐỀ

Củi là nguồn nhiên liệu đã được khai thác và sử dụng rộng rãi, phổ biến từxưa đến nay Nó hỗ trợ nhiều trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng phục vụ cho

việc đun nấu, sinh hoạt của nguồn dân sinh, góp phần thúc đẩy phát triển Kinh tế

-Xã hội

Tuy nhiên, bên cạnh đó, việc đốt nguồn nhiên liệu này đã làm phát sinh một

số chất ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường không khí Mặc dù mỗi nguồnđốt có quy mô không lớn nhưng số lượng nhiều và xen kẽ giữa các nguồn dân cư

Do đó, chúng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và chất lượng cuộc sống

Để xác định mức độ tác hại mà các chất ô nhiễm này gây ra, việc ước lượngđược mức độ phát thải của chúng vào bầu không khí là cần thiết Tuy nhiên, hiệnnay ở nước ta, nguồn thông tin dữ liệu thực nghiệm còn nhiều hạn chế, gây khókhăn trong công tác quản lý, kiểm kê và đánh giá mức độ phát thải Nhận thấy rằngcần có một cơ sở đầy đủ, đáng tin cậy nhằm phục vụ cho việc xây dựng các tiêuchuẩn, quy định phát thải cụ thể

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài tốt nghiệp với nội dung “Xác định hệ số phát

thải của một số chất ô nhiễm không khí sinh ra do đốt củi” được xây dựng nhằm

hướng tới mục tiêu xác định hệ số phát thải một số chất ô nhiễm không khí cho cácloại củi đang sử dụng phổ biến trong nguồn dân sinh hiện nay

CHƯƠNG I Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO ĐỐT CỦI

1 Vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu củi

Củi là một loại nhiên liệu được sử

dụng rỗng rãi trong đun nấu và sinh hoạt

của người dân Đây là nguồn nhiên liệu

cổ xưa, được con người khai thác và sử

dụng từ khi bắt đầu biết nấu chín thức

ăn và sưởi ấm [1]

Hình 1 3 Sử dụng củi làm nhiên liệu

đun nấu

Việt Nam có gần 80% dân số sống ở nông thôn, đây là khu vực mà các nguồnnăng lượng hiện đại rất ít phát triển do yêu cầu cao về công nghệ và vốn đầu tư,trong khi khả năng đáp ứng đối với cả hai thứ đó của ta còn nhiều hạn chế Vì vậy,năng lượng truyền thống từ các nhiên liệu sinh khối như rơm, củi, đang là mộttrong những nguồn chiếm nhiều ưu thế nhất [2] Theo thống kê của Viện Nănglượng, vào năm 1992, Việt Nam tiêu thụ khoảng 12900 ktoe sinh khối, trong đó củichiếm khoảng 78%, chủ yếu sử dụng trong các lĩnh vực phục vụ dân sinh (đặc biệt

là cho đun nấu) Số liệu về lượng củi tiêu thụ qua các năm ở nước ta được thể hiện

cụ thể như sau:

Nguồn [2]

Hình 1 4 Lượng nhiên liệu củi tiêu thụ ở Việt Nam

Có thể nói củi đóng một vai trò rất quan trọng hệ thống năng lượng ở nước tahiện nay Tuy nhiên quá trình sử dụng nhiên liệu củi làm phát sinh một lượng khôngnhỏ các chất ô nhiễm vào bầu không khí Do đó tìm hiểu về khả năng phát thải vàtác hại của các chất ô nhiễm này là cần thiết

2 Các chất ô nhiễm không khí phát sinh do đốt củi

Các thành phần hóa học của củi (theo % trọng lượng khô) bao gồm: Cácbon(49,5%), Oxy (42,7%), Hiđro (6%), Nitơ (0,2%), Lưu huỳnh (0,1%), tro (1,5%)[12] Do đó, quá trình cháy củi có thể sinh ra nhiều chất khí ô nhiễm như điôxit lưuhuỳnh (SO2), cácbon monoxit (CO), nitơ oxit (NOx), các hợp chất hữu cơ bay hơi(Volatile organic compounds - VOCs), các hợp chất hyđrô cácbon thơm (polycylicaromatic hydrocarbons – PAHs), hay bụi (particulate matter - PM), Trong đó chủyếu là bụi, CO, SO2, NO,

2.1 Lưu huỳnh điôxit (SO2 ) [3,4]

2.1.1 Sự phát sinh SO 2

mòn cao SO2 sinh ra trong quá trình đốt do cháy lưu huỳnh chứa trong nhiên liệu:

S + O2 SO2

2.1.2 Tác hại của SO 2

Trong khí quyển, SO2 dễ dàng bị oxy hóa tạo thành SO3 Sau đó, SO3 tác dụngvới hơi nước trong môi trường không khí ẩm ướt, biến thành axit sunfuric hoặcmuối sunfat:

SO2 + O2 = SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Đây là nguyên nhân chính gây ra mưa axit

Các phần tử axit sunfuric nhanh chóng tái hợp với bụi ở trong không khí hoặchòa nhập với hơi nước thành dạng giọt H2O-H2SO4 Các hạt bụi sunfat trong khôngkhí thường có kích thước < 2m, phần lớn là 0,2 - 0,9 m Các hạt này phân tán vàotrong bầu không khí và tác động rất mạnh đối với bộ máy hô hấp của con người,đây cũng là một nguyên nhân gây bệnh phổi

trưởng của rau quả Còn với nồng độ cao, thì chỉ trong một thời gian ngắn cũng cóthể làm cho cây rụng lá và chết

kim loại , bê-tông và các công trình kiến trúc H2SO4 làm hư hỏng, thay đổi tínhnăng vật lý, màu sắc của vật liệu như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch, Sắt, thép vàcác kim loại khác trong môi trường ẩm nóng có chứa SO2 bị han gỉ rất nhanh

2.2 Cácbon mônôxít (CO)

Cácbon mônôxít là một chất khí không màu, không mùi, bắt cháy và có độctính cao Cácbon mônôxít xuất hiện trong ngọn lửa khi hỗn hợp nhiên liệu, khôngkhí chưa hoàn thiện (không đều); hoặc do thiếu không khí, [5]

2.2.1 Sự phát sinh CO

Trong quá trình đốt, CO sinh ra do cácbon và các hợp chất cácbon chứa trongnhiên liệu cháy không hoàn toàn theo phản ứng sau [5]:

Cnhiên liệu + O 2  CONgoài ra, một phần nhỏ CO cũng được hình thành khi cácbon nhiên liệu phảnứng với hơi nước trong không khí [5]:

Hệ số phát thải CO do đốt củi là tương đối lớn Dưới đây là kết quả nghiên cứucủa các nhà Khoa học Trung Quốc về lượng phát thải CO của một số loại nhiên liệukhác nhau:

Bảng 1 1 Lượng CO phát thải do đốt một số nhiên liệu ở Trung Quốc trong năm

Cácbon mônôxít không gây kích ứng nên người ta không cảm nhận được sựhiện diện của nó trong không khí, do đó có nguy cơ thâm nhập vào cơ thể rất cao.

CO có ái lực với hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230–270 lần sovới ôxy nên khi được hít vào phổi, sẽ gắn chặt với Hb thành HbCO do đó máukhông thể chuyên chở ôxy đến tế bào CO còn gây tổn thương tim do gắn kếtvới myoglobin của cơ tim Nếu bị hít phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn tới thươngtổn do giảm ôxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tửvong Mônôxít cácbon trong không khí chỉ với nồng độ khoảng 0,1% cũng có thể lànguy hiểm đến tính mạng Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu bằng cảm giácbất thần, nhức đầu, buồn nôn, khó thở rồi từ từ đi vào hôn mê Nếu ngộ độc CO khiđang ngủ hoặc đang uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ hôn mê từ từ, ngưng thở

và tử vong

Ngoài ra, CO còn được xem là một khí nhà kính gián tiếp, do nó có khả năng

bị biến đổi thành CO2, một chất khí nhà kính rất mạnh trong bầu khí quyển:Mônôxít cácbon có hiệu ứng bức xạ cưỡng bức gián tiếp bằng sự nâng cao nồng độcủa mêtan và ôzôn tầng đối lưu nhờ các phản ứng hóa học với các thành phần kháccủa khí quyển (ví dụ gốc hyđrôxyl - OH) Và thông qua các quá trình tự nhiên, cuốicùng nó sẽ bị ôxi hóa thành điôxícácbon:

CO + O3  CO2 + O

2.3 Các nitơ ôxít (NOx ) [3,7]

2.3.1 Sự phát sinh NOx

không khí Lượng NOx sẽ tăng rõ rệt khi khi nhiệtđộ cháy cao hơn 1400oC Về mặthóa học, nitơ có thể tạo ra tám loại oxit khác nhau, tuy nhiên, trong lĩnh vực xử lýkhí thải thường chỉ quan tâm đến hai loại oxit thông dụng nhất là NO và NO2

Các trạng thái oxy hóa chính của nitơ liên quan đến vấn đề ô nhiễm khôngkhí và xử lý khí thải được chỉ ra trong bảng sau:

Bảng 1 2 Các trạng thái oxy hóa chính của nitơ trong khí thải

Thường được thực hiện nhờphản ứng với oxy trong khôngkhí, nhanh ở nhiệt độ cao hoặcchậm ở nhiệt độ thấp.

Diễn ra chậm trong không khíhoặc nhanh trong thiết bị phảnứng có xúc tác

Nguồn [3]

Trong quá trình đốt nhiên liệu, NOx được hình thành chủ yếu thông qua các

2/ NO + 0,5 O2 NO2

Cả hai phản ứng trên đều là những phản ứng hóa học thuận nghịch vì thếchúng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng nhất định tương ứng với một điều kiện nhấtđịnh Trạng thái cân bằng này phụ thuộc vào nồng độ, áp suất và đặc biệt là nhiệt

độ Ta có bảng thể hiện trạng thái cân bằng nồng độ của NO và NO2 trong khí thảivới hỗn hợp đốt ban đầu có 78% N2 : 21% O2 ở các nhiệt độ khác nhau như sau:

Bảng 1 3 Nồng độ NO và NO 2 trong khí thải ở các nhiệt độ khác nhau

Đối với khói thải lò đốt, trong thành phần NO x , NO chiếm tới 90 ÷ 98% Do

đó thường ta chỉ quan tâm đến NO.

2.3.2 Các loại NO

Có 3 cơ chế hình thành NO trong quá trình cháy và tương ứng với mỗi cơ chế

sẽ có một loại NO Bao gồm NO nhiệt, NO tức thì và NO nhiên liệu:

chớp,v.v… Và động học của quá trình được mô tả bằng cơ chế Zeldovich :

- Trước hết, N2 và O2 bị phân ly ở nhiệt độ cao :

Trong phần cháy đầu tiên, các gốc chứa cácbon sẽ phản ứng với nitơ theophương trình:

phản ứng với O2 để tạo NO, và phần còn lại sẽ phản ứng với NO để tạo thành N2

 NO nhiên liệu (Fuel NO)

Được hình thành do sự biến đổi một số hợp chất chứa nitơ sẵn có trong nhiênliệu (như than đá, dầu mỏ,…)

Đầu tiên, trong ngọn lửa, nitơ trong nhiên liệu sẽ được chuyển thành HCN:

CH + N2(nhiên liệu) HCN + NTiếp đó, HCN chuyển thành NH hoặc NH2 Đến lượt mình, các gốc NH vàNH2 này sẽ phản ứng với O2 để tạo thành NO và H2O:

2NH + O2  2NO + H2O

NH2 + O2  NO + H2Ohay phản ứng với NO để tạo thành N2 và H2O:

2NH + NO  N2 + H2O

NH2 + NO  N2 + H2OHiệu suất chuyển hóa nitơ trong nhiên liệu thành NO thông thường là 15–35%, phụ thuộc vào quá trình cháy, điều kiện cháy và kiểu là đốt

2.3.3 Tác hại của Nitơ ôxít

2.4.1 Khái niệm

Bụi là một thuật ngữ dung để chỉ các hạt rắn và giọt lỏng lơ lửng trong môi trường không khí Bụi trong khí quyển rất đa dạng về thành phần vật lý, thành phần hóa học và kích thước hạt Nói chung kích cỡ của chúng vào khoảng 0.002 đến 500µm Tuy nhiên phần lớn các hạt lơ lửng đều có kích thước nhỏ hơn 100µm bởi

vì các hạt lớn hơn sẽ bị lắng xuống nhanh bởi trọng lực

2.4.2 Tác hại của bụi

- Đối với sức khỏe con người :

Bụi có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, đường tiêu hóa và qua

da nhưng chủ yếu là qua đường hô hấp Sau khi xâm nhập vào hệ hô hấp các hạt bụi

có thể xâm nhập vào mao mạch máu của hệ tuần hoàn Bụi gây ra một số bệnh cho con người như:

o Viêm mũi, viêm xoang, viêm họng: gây ra do sự lưu lại của các hạt bụi

có kích thước lớn ở trên khoang hô hấp trên gây ra các hiện tượng sổmũi, ho kéo dài

o Dị ứng: Chủ yếu là do tiếp xúc với bụi có nguồn gốc thảo mộc hoặc visinh vật, bụi hữu cơ tổng hợp…

o Bệnh nhiễm khuẩn: Do hít phải các hạt bụi có chứa thành phần nấm,virut hoặc các mầm bệnh…

o Đối với hệ hô hấp, khi vật nuôi bị nhiễm bệnh do bụi, ở trạng thái nhẹ

có thể bỏ ăn, giảm cân hoặc chậm tăng trưởng Trong trường hợp, nồng

độ bụi trong không khí quá cao có thể dẫn đến tử vong

o Đối với hệ tiêu hóa, vật nuôi có thể bị nhiễm bệnh do ăn các thức ăn cóbụi bám trên bề mặt Nếu ăn phải bụi có chứa Flo thì động vật sẽ chónggià hơn, khi Flo đi sâu vào cơ thể sẽ giảm mạnh lượng canxi trongxương và răng của động vật.

Không khí có chứa bụi sẽ làm cản trở tiếp nhận ánh sáng của các loại thực vật.Nếu lá cây bị phủ qua nhiều bụi sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các chức năng sinh họcnhư: quang hợp, trao đổi khí và thoát hơi nước Hậu quả là năng suất cây trồng bịgiảm, mùa màng bị thất thu

Bụi sunphat và bụi nitrat còn gây nên hiện tượng lắng đọng axit (lắng đọngkhô), đây là con đường chính mang axit xuống đất, ảnh hưởng nghiêm trọng đếncác loại thực vật nói riêng và tất cả các sinh vật nói chung

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI

1 Khái niệm hệ số phát thải

Hệ số phát thải là công cụ được sử dụng để ước tính mức độ phát thải các chất

ô nhiễm không khí vào khí quyển Nó thể hiện mối liên hệ giữa lượng chất ô nhiễmsinh ra từ một nguồn với các hoạt động làm phát thải liên quan, và thường được

biểu diễn dưới dạng lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lượng, thể tích, quãngđường hoặc thời gian, phát sinh ra nó (ví dụ như số gam bụi sinh ra khi đốt cháyhoàn toàn 1kg củi, hay số mg NOx phát thải khi 1 chiếc xe chạy được 1km,…) [9].

Trong hầu hết các trường hợp, những hệ số phát thải này chỉ đơn thuần lànhững giá trị trung bình của các dữ liệu sẵn có với chất lượng chấp nhận được, vàchúng được tính toán để đại diện cho nguồn thải trong thời gian dài đối với một sốđiều kiện nào đó Thông thường, các dữ liệu sẵn có này không đủ để phản ánh mứcảnh hưởng giữa các thông số khác nhau trong quá trình hoạt động, ví dụ như tươngquan giữa nhiệt độ và nồng độ các chất phản ứng Tuy nhiên, trong một số ít cáctrường hợp, chẳng hạn như xác định mức độ phát thải từ các thùng chứa dầu hỏa, thì

có thể dựa trên phương pháp kinh nghiệm (sử dụng các mô hình phát thải) để biếtđược mối quan hệ giữa mức phát thải với các biến số khác như đường kính thùng,nhiệt độ chất lỏng hay tốc độ gió Các công thức tính hệ số phát thải có xét đến ảnhhưởng của các biến số, nếu các thông tin về các biến số đó là chính xác, thì thườngmang ý nghĩa thức tế hơn là những công thức không dựa trên các biến số đó [9].Đối với nguồn tĩnh, hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong quá trình đốt nhiênliệu thường là hệ số phát thải theo khối lượng (mass – based emission factor), tínhbằng lượng chất ô nhiễm sinh ra (g) trên khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàntoàn (kg) theo công thức [10]:

2 Ứng dụng và hạn chế của hệ phát thải [9]

Hệ số phát thải phù hợp để sử dụng trong việc xác định phát thải cho kiểm kêphát thải Những kiểm kê này có rất nhiều mục đích bao gồm mô hình phát tánkhông khí xung quanh và phân tích, kiểm tra phát triển chiến lược, sàng lọc nguồnphục vụ cho việc ra quyết định Tuy nhiên, vì hệ số phát thải đại diện cho tốc độ

phát thải trung bình cho toàn bộ một loại nguồn thải, hệ số này không phải là giớihạn hay tiêu chuẩn cho bất kỳ nguồn cụ thể nào Những kết quả kiểm tra thực tế từviệc quan trắc nguồn thải, khi hoàn thiện, biểu thị tốt hơn phát thải thực cho mộtnguồn cụ thể Khi thông tin về một nguồn cụ thể không đầy đủ, việc sử dụng hệ sốphát thải là khá cần thiết Dù sử dụng hệ số phát thải từ những nguồn đáng tin cậy(như tài liệu của EPA) cũng cần chú ý tới hạn chế trong việc biểu thị phát thải từmột điều kiện riêng, và những nguy cơ khi sử dụng hệ số phát thải trong những tìnhhuống cần đánh giá lại chi phí của việc kiểm tra hay đánh giá về sau.

Trước khi áp dụng hệ số phát thải để ước lượng mức phát thải từ một nguồn,người sử dụng cần xem lại những tài liệu và công nghệ mới nhất để xem xét sự khácbiệt giữa công nghệ mới và những loại đã có từ trước Cần xem xét loại nguồn vàthiết kế, kiểm soát, và vật liệu thô đầu vào Cũng cần tính đến tuổi của thông tin vàkiến thức của người sử dụng về những ưu thế của công nghệ

Sự phát thải các chất ô nhiễm rất khác biệt theo thời gian do sự dao động trongđiều kiện hoạt động, kiểm soát thiết bị, vật liệu thô, điều kiện xung quanh và các

yếu tố tương tự Hệ số phát thải thường được phát triển để đại diện cho lượng thải

trung bình trong một thời gian dài, vì vậy việc kiểm tra thường được tiến hành

trong những điều kiện hoạt động bình thường Ngoài ra, sử dụng hệ số phát thải đểđánh giá trong thời gian ngắn hay phát thải không điển hình sẽ dẫn tới sự biến đổilớn hơn Cần chú ý tới những giới hạn này và đánh giá những ảnh hưởng có thể cótrong trường hợp áp dụng

Có thể nói kiểm kê phát thải là một công cụ cơ bản cho quản lý chất lượng không khí Trong đó, sử dụng hệ số phát thải trong khoảng thời gian dài rất thích hợp về mặt lợi ích kinh tế để thực hiện việc kiểm kê đó cho một vùng rộng lớn Tuy nhiên, hệ số phát thải chỉ đại diện cho tốc độ phát thải trung bình của một loại nguồn thải, mà không phải là giới hạn hay tiêu chuẩn cho bất kỳ một nguồn riêng biệt nào Chính vì vậy, những kết quả kiểm tra từ việc quan trắc một nguồn thải sẽ phản ánh được mức độ phát thải một cách thực tế hơn.

3 Phương pháp xác định hệ số phát thải

Đối với việc quan trắc nguồn thải, để xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm trong quá trình đốt nhiên liệu, cần xác định lượng chất ô nhiễm sinh ra trên lượng nhiên liệu đã đã cháy hết Và tùy từng loại chất ô nhiễm mà ta có thể áp dụng các phương pháp khác nhau để xác định như lấy mẫu hay đo trực tiếp.

3.1 Xác định lượng bụi [9]

Để xác định lượng bụi trong ống khói, phải tiến hành lấy mẫu Mẫu được lấyphải mang tính đại diện, do đó cần chọn vị trí nào để vừa phản ánh nồng độ bụitrong ống khói, vừa phản ánh sự phân bố kích thước hạt trong đó, và quá trình lấymẫu yêu cầu đảm bảo Isokinetic (lấy mẫu đẳng khí động)

3.1.1 Vị trí lấy mẫu

Về nguyên tắc, chỗ nào càng có ít chuyển động rối về mặt khí động học thì ở

đó bụi phân bố càng ổn định Do đó, nên chọn điểm lấy mẫu trên đoạn ống thẳng và

vị trí lấy mẫu phải cách xa các van khóa, cút, ngoặt, khuỷu uốn…

Ưu tiên chọn đoạn ống đứng để lấy mẫu vì đối với ống nằm ngang, nồng độbụi ở phần đáy ống bao giờ cũng lớn hơn so với bên trên do sự lắng đọng, nên trongống đứng bụi phân bố theo mặt cắt tiết diện sẽ đều đặn hơn Đoạn ống lấy mẫu cótiết diện tròn thì bụi phân bố ổn định hơn hơn ống tiết diện vuông, ống tiết diệnvuông bụi ổn định hơn ống tiết diện chữ nhật

Ta kí hiệu:

tiết diện chữ nhật/ hình vuông)

A : Khoảng cách từ dưới lên kể từ vị trí lấy mẫu

đến điểm có sự thay đổi dòng

B : Khoảng cách từ trên xuống kể từ vị trí lấy

mẫu đến điểm có sự thay đổi dòng

Điểm có sự thay đổi dòng

Điểm có sự thay đổi dòng

Hình 2 5 Vị trí mặt phẳng lấy mẫu

 Trong điều kiện lý tưởng , số điểm lấymẫu được chọn như sau:

 Đối với ống dẫn tiết diện tròn, chọn ít nhất:

12 điểm nếu d >0,61m (đường kính cho lỗ hút mẫu khoảng 2,5cm)

8 điểm nếu 0,3m<d<0,61m (đường kính cho lỗ hút mẫu khoảng 1,3cm)

 Đối với ống dẫn tiết diện hình chữ nhật, chọn ít nhất:

12 điểm nếu dtđ >0,61m (đường kính cho lỗ hút mẫu khoảng 2,5cm)

9 điểm nếu 0,3m<dtđ<0,61m (đường kính cho lỗ hút mẫu khoảng 1,3cm)

cần lấy mẫu được xác định như sau:

Hình 2 6 Giản đồ để xác định số điểm lấy mẫu

3.1.2 Phân bố các điểm lấy mẫu trên tiết diện ống

những đường tròn đồng tâm, và các điểm lấy mẫu được chia đều trên 2 đường kính.Khoảng cách từ mỗi điểm lấy mẫu đến thành ống khói xác định tùy vào số điểm lấymẫu được chọn

Ví dụ trường hợp có 12 điểm lấy mẫu, phân bố các điểm như sau:

Hình 2 7

Khoảng các điểm lấy mẫu đến thành ống dẫn (%d)

mặt phẳng tiết diện ống:

9 3 × 312 3 × 416 4 × 420 4 × 525 5 × 530 4 × 436 5 × 642 6 × 749 7 × 7

Ví dụ trường hợp có 12 điểm lấy mẫu, phân bố các điểm như sau:

95, 6 70,

4

85, 3

29, 6

3.1.3 Qúa trình lấy mẫu

Hình 2 9 Hút mẫu bụi

Quá trình lấy mẫu cần phải đảm bảo Isokinetic:

- Đầu lấy mẫu hướng thẳng góc với phương chuyển động của dòng khí

- Vận tốc hút mẫu và vận tốc chuyển động của dòng khí trong ống dẫn phảibằng nhau: vh = vk

o Nếu vh < vk: một phần dòng khí sẽ đi lệch ra ngoài giới hạn của miệngống hút, khi đó một số hạt bụi có kích thước lớn do có quán tính lớn sẽ giữ hướngchuyển động của mình và lọt vào ống hút mẫu, như vậy mẫu khí lấy được sẽ có sốhạt bụi cỡ lớn vượt cao so với thực tế

o Nếu vh > vk: thì xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là dòng khí bị cuốnmạnh vào ống hút mẫu và một số hạt bụi cỡ lớn không được hút vào ống làm cho sốlượng hạt bụi cỡ lớn đo được ít hơn so với thực tế

Để đảm bảo v h = v k , trong quá trình hút mẫu ta sử dụng ống pitot đo vận tốc dòng khí v k rồi điểu chỉnh vận tốc hút bằng với vận tốc dòng khí.

- Thành của đầu lấy mẫu càng nhẵn và mỏng thì càng tốt

- Đường kính đầu lỗ lấy mẫu so với đường kính ống khói phải rất nhỏ

Mẫu sau khi lấy được đưa đi phân tích để xác định khối lượng bụi sinh ra.

3.2 Các chất ô nhiễm dạng khí [3,7]

Có thể áp dụng phương pháp lấy mẫu hoặc đo nhanh để tính lượng chất ô nhiễm phát sinh.

3.2.1 Phương pháp lấy mẫu

Đối với các chất ô nhiễm dạng khí, vị trí lấy mẫu không cần phải thỏa mãnmột cách nghiêm ngặt các yêu cầu như khi lấy mẫu bụi Tuy nhiên, thông thườngnên sử dụng vị trí lấy mẫu bụi để lấy mẫu các chất ô nhiễm dạng khí

Có thể lấy mẫu chất khí bằng các phương pháp sau:

3.2.1.1 Phương pháp hấp thụ

Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, trong đó vật chất di chuyển từpha khí vào pha lỏng Khí được hút gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng để hút gọi làdung môi (hay chất hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ

Nguyên tắc để lấy mẫu khí dựa theo phương pháp hấp thụ là sử dụng cácdung môi thích hợp để hấp thụ chất khí ô nhiễm cần quan tâm

Các yếu tố chính gây ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình hấp thụ:

+ Dung môi

+ Nhiệt độ

+ Áp suất

Phương pháp này không đòi hỏi nhiều về kỹ thuật, thiết bị lấy mẫu đơn giản,

có thể áp dụng được đối với hầu hết các chất khí ô nhiễm thường gặp (SO2, NO2,

tính chọn lọc cao, khoảng cách thời gian từ lúc lấy mẫu cho đến lúc phân tích mẫukhông được quá dài để tránh các phản ứng phụ xảy ra (gặp khó khăn khi nơi lấymẫu cách xa phòng thí nghiệm), không thuận tiện trong việc theo dõi diễn biếnnồng độ ô nhiễm một cách liên tục theo thời gian

o Hấp phụ vật lý: chủ yếu là do lực hút phân tử Vander Waals.

o Hấp phụ hóa học: chủ yếu là do các lực hút hóa trị

- Một số các yêu cầu đối với chất hấp phụ:

o Chất hấp phụ phải có bề mặt riêng lớn

o Bền năng lực hấp phụ, nghĩa là kéo dài thời gian làm việc

o Có các mao quản đủ lớn để các phân tử hấp phụ đến được bề mặt,nhưng cũng cần đủ nhỏ để loại các phân tử xâm nhập có tính chọn lọc….Một số chất hấp phụ thường dùng để lấy mẫu khí ô nhiễm: than hoạt tính,Silicagel, nhôm oxyt hoạt tính…

Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố nhiệt độ Nếu nhiệt độ khíthải quá cao sẽ làm giảm hoạt độ hấp phụ, tăng quá trình giải hấp

Phương pháp này cũng được sử dụng nhiều trong việc lấy mẫu khí thải Ưuđiểm của phương pháp là chi phí thấp, có thể áp dụng cho nhiều chất, đặc biết là đốivới các chất muốn thu hồi Tuy nhiên, so với phương pháp hấp thụ thì phương phápnày đòi hỏi kỹ thuật nhiều hơn, sau hấp phụ thường phải tiến hành giải hấp rồi mớiphân tích được các chất ô nhiễm cần quan tâm

3.2.1.3 Phương pháp ngưng tụ

Nguyên tắc để lấy mẫu khí dựa theo phương pháp này là tiến hành hạ nhiệt

độ dòng khí xuống dưới điểm sôi của chất khí ô nhiễm cần quan tâm Khi đó, khí sẽngưng tụ lại thành dạng lỏng, dùng các phương pháp phân tích để xác định nồng độchất ô nhiễm

Phương pháp này khá cồng kềnh nên ít được sử dụng

3.2.1.4 Phương pháp thể chỗ khí

Phương pháp này cho phép lấy toàn bộ các chất khí ô nhiễm, không có sựphân loại, chọn lọc như đối với ba phương pháp trên

Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, thiết bị, dụng cụ, điều kiện phân tích mà

ta chọn lựa phương pháp phù hợp Thông thường để lấy mẫu SO 2 , NO 2 , chủ yếu sử dụng phương pháp hấp thụ, lấy mẫu CO bằng phương pháp thế chỗ khí Đối với phương pháp hấp phụ thường dùng khi ta quan tâm đến việc thu hồi lại một chất nào đó trong mẫu Phương pháp ngưng tụ thì hầu như ít được sử dụng vì thiết bị cồng kềnh, khó khăn cho việc lấy mẫu ở các nơi xa phòng thí nghiệm

Sau khi lấy mẫu khí, tùy từng chất khác nhau mà ta có thể sử dụng phương phápphân tích phù hợp để xác định lượng chất ô nhiễm cần quan tâm Ví dụ như dùng

đối với CO, có thể phân tích bằng phương pháp trắc quang hoặc hấp thụ hồngngoại,