Nghiên cứu ứng dụng mô hình khuếch tán ô nhiễm để đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí do các ống khói công nghiệp gây ra

= Gey a Me a me nd nN Re ES CE CO or Re ORR a hi Se ee OUR ba “ge a adZ ——— >è`—— số sứ eee a bí $ = BO GIAO DUC VA DAO TAO Trưởng Đại học Xây dựng Hà nội KS LE VAN NAI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MO HINH KHUECH TAN O NHIEM DE DANH GIA HIEN TRANG NHIEM MOI TRUGNG KHONG KHi DO CÁC ỐNG KHĨI CƠNG NGHIỆP GÂY RA CHUYEN NGANH : CUNG CAP NHIET, CUNG CAP KHÍ, THƠNG GIÓ VA DIEU HOA KHONG Kui MÃ SỐ : 15 13 Luận án phó tiến sỹ khoa học kỹ thuật NGƯỜI HUÓNG DẪN: PHẠM NGỌC ĐĂNG - GS.TS.KHKT ““V7” Hà nội 1993 Chan cam on GS TS KHKT Pham Ngoc Dang da nhiệt tình hưóng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cúu,thực nghiệm, để hoàn thành luận án Cám ơn GS TS Hóa Nguyễn Minh Tuyển góp ý dẫn cho phương pháp làm việc Chân thành cảm ơn tập thể Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị khu công nghiệp, khoa sau đại học, khoa kiến trúc, môn vật lý kiến trúc mơn máy tính trường đại học xây dựng Hà nột, môn vé sinh môi trường trường đạt học y Hà nội, Trung tâm máy tính Bộ Nơng nghiệp CNTP, phịng Bụi viện Y học lao động VSMT Bộ Y tế, Viện NCKHKT Bảo hộ lao động, Tổng liên đoàn lao động Việt nam, Trung tâm Quản lý Kiểm sốt mơi trường viện NC khí tượng thuỷ văn Tổng cục KTTV, tồn thể cộng sự, bè bạn người thân giúp đõ, động viên tơi hồn thành luận án MUC LUC PHAN MO DAU 1 Tình hình nghiên cứu nhiễm mơi trường khơng khí sản xuất cơng nghiệp gây giói nudc Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận án Tính cấp bách giá trị khoa học luận án Giá trị thực tiễn luận án CHUONG I: CAC NGUON GAY NHIEM CONG NGHIEP VA SU KHUECH TAN CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG MƠI TRƯỊNG KHƠNG KHÍ 1:1 Các nguồn cơng nghiệp gây nhiễm đối vói mơi trường khơng khí 1.2 Các chất gây nhiễm mơi trường khơng khí tác hại chúng 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khuếch tán chất ô nhiễm — mơi trường khơng khí 1.3.1 Ảnh hưởng yếu tố khí tượng 1.3.2 Ảnh hưởng địa hình đối vói phân bố chất độc hại 9 12 15 15 19 1.3.3 Ảnh hưởng cơng trình xây dựng đối vói phân bố chất nhiễm mơi trường khơng khí 20 1.3.4 Ảnh hưởng đặc tính hình học nhiệt nguồn thải 1.3.5 Ảnh hưởng tỷ trọng chất thải chất ô nhiễm thải 21 23 CHUONGII : NGHIEN CUU LUA CHON MO HINH TINH KHUECH TAN Ô NHIỄM MOI TRUONG TRONG KHONG KHi DO NGUON DIEM GAY RA TRONG DIEU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 25 2.1 Lựa chọn mơ hình tốn q trình lan truyền bụi chất độc hại môi trưởng khơng khí 2.1.1 Mơ hình tính tốn lan truyền chất nhiễm khơng khí Berliand 25 25 2.1.2 Mơ hình tính tốn lan truyền chất nhiễm khơng khí Gauss 32 2.1.3 Một số cải tiến cách xác định ơy, ơ; mơ hình Gauss nưóc ° 2.1.4 Phương pháp tính nồng độ bụi lơ lửng lượng bụi lắng đọng mặt đất theo giả trị tần suất (trung bình ngày đêm) 2.2 Sử dụng mơ hình tính phân bố bụi chất độc hại điều kiện khí hậu việt nam 2.2.1 Về mơ hình Breliand 2.2.2 Vé mo hinh Gauss | 37 38 39 39 41 CHUONG III : KET HOP PHUONG PHAP KHAO SAT DO DAC TAI HIEN TRUONG VA PHUONG PHAP TINH TOAN LY THUYET TREN MAY VI TINH DE XAC DINH SU PHAN BO CHAT O NHIEM MOI TRUONG KHONG KHfi 3.1 Phương pháp tính tốn ly thuyết MTĐT phân bố chất ô nhiễm khơng khí 3.1.1 Số liệu đầu vào cho máy tính 3.1.2 Phương pháp xác định thơng số kỹ thuật nguồn thải 3.1.3 Tính tốn MTDT 3.2 Khảo sát đo đạc trường yếu tố nhiễm mơi trường khơng khí 3.2.1 Phương pháp khảo sát thiết bị đo lường số liệu khí hậu 3.2.2 Phương pháp khảo sát thiết bị đo lường nhiễm bụi khơng khí 3.2.3 Phương pháp khảo sát thiết bị đo lưng để xác định nồng độ 48 49 49 49 39 60 60 61 3.2.4 Lực lượng cán tham gia khảo sát đo đạc tính tốn 62 66 số liệu đo đạc thực tế 66 khí độc khơng khí 3.3 Một số kết kiểm tra độ tin cay cua mơ hình Gauss Berliand 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 Trường Trưởng Một số Một số hợp hợp kiến nhận 69 nguồn thải có ống khói có độ cao h30 m nghị việc sử dụng mơ hình Oauss cho nguồn cao h>35 m 75 xét sơ mơ hình Gauss Berliand 75 CHUONG IV : UNG DUNG MO HINH TINH TOAN KET HOP VOI KHẢO SÁT ĐO LUONG THUC TE DE DANH GIA HIEN TRANG NHIEM MOI TRUONG KHONG KHi O MOT SO THANH PHO VA KHU CONG NGHIEP NUOC TA 4.1 Hiện trang nhiễm mơi trường khơng khí xung quanh nhà máy Xi măng Hoàng Thạch năm 1987 4.1.1 Khái qt 4.1.2 Các số liệu địa hình, khí hậu nguồn thải 4.1.3 Hiện trạng ô nhiễm môi trường khơng khí ỏ vùng xung quanh nhà máy 77 78 78 79 xi măng Hồng Thạch năm 1986-1987 4.2 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí cơng nghiệp gây quận nội thành Hà nội 4.2.1 Khái quát chung 4.2.2 Các số liệu địa hình, khí hậu nguồn thải 4.2.3 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí nhà máy xí nghiệp gây quận nội thành Hà nội 4.3 Ơ nhiễm khơng khí ỏ thị xã Ninh bình nhà máy nhiệt điện gây 4.3.1 Khái quát chung 4.3.2 Các số liệu vê địa hình , khí hậu, nguồn thải 89 89 90 91 105 105 106 4.3.3 O nhiễm môi trường khơng khí xung quang nhà máy nhiệt điện Ninh bình | 4.4 Hiện trạng nhiễm mơi trường khơng khí công nghiệp gây thị xã Quảng ngãi 4.4.1 Khái niệm chung 110 4.4.2 Các số liệu khí hậu nguồn thải 127 127 128 4.4.3 Hiện trạng nhiễm mơi trường khơng khí cơng nghiệp gây thị xã Quảng ngãi 129 PHAN KET LUẬN 144 PHU LUC 148 Phan mo dau Xưa kia, Hành tỉnh người cịn thưa thót, cơng nghiệp chưa phát triển hệ sinh thái giữ cân bằng, môi trưởng khơng khí tương đối Ngày nay, trái đất có tỷ người, q trình thị hố mnạnh mẽ, cơng nghiệp phát triển vói tốc độ lón, làm cho mơi trường chung mơi trường khơng khí nói riêng bị suy thối nặng nề Sự suy thối mơi trường mối đe doạ chung đối vơi toàn thể loài người Ai biết khơng khí mơi trường sống mn lồi tài ngun vơ quý giá nhân loại, song ta nên nhó bầu khơng khí xung quanh Trái đất khơng phải vơ tận Tổng trọng lượng khí triệu 145 ngàn tỷ [22] Một người trưởng thành ngày đêm cần nhiều từ 5-7 kg thực phẩm, cịn lượng khơng khí qua phổi để trì sống phải cần 15 kg Người ta nhịn ăn từ 7-10 ngày, nhịn uống 2-3 ngày, sau 3-5 phút khơng có khơng khí thỏ có nguy tử vong [Š]} Bầu khơng khí xung quanh ta q vậy, cần thiết chúng ta, người, lại chưa biết bảo vệ nó, dang tung gid tung phút làm nhiễm bẩn Hiện mơi trưởng khơng khí bị ô nhiếm nặng hậu ô nhiễm môi trường gây lường hết Vì vậy, kế hoạch quốc gia môi trưởng phát triển bền lâu (1991-2000) Việt nam ghi rõ (trang 78): "Ô nhiễm ảnh hưởng sức khỏe hóa chất độc chất nguy hại khác lên vấn đề cấp bách thời đại cơng nghiệp nay" Khơng khí hỗn hợp khí gồm khoảng 78% Nito, 21% oxy, 1% agon 0,03% CO2 Ngồi cịn số khí neon, heli, kripton.v.v điều kiện bình thường độ ẩm tuyệt đối, nước chiếm từ 1-3% thể tích khơng khí Ơ nhiễm mơi trưởng khơng khí khơng khí có chất lạ có sụ biến đổi quan trọng thành phần khơng khí theo hưng khơng tiện nghị, bất lợi đối vói sống người, động vật thực vật Có loại nguồn gây nhiễm mơi trưởng khơng khí : - Nguồn nhiễm tự nhiên - Nguồn ô nhiễm nhân tạo Điều đáng quan tâm nguồn nhiễm nhân tạo, đối tướng nghiên cứu sia ching ta lĩnh vực bảo vệ môi trường ngày Các nguồn nhiễm nhân tạo sha yếu đo q trình đốt cháy nhiên liệu (than đá, xăng đầu) sinh Bảng I cho tổng ưng chất thải vào khí q trình đốt cháy nhiên liệu tồn giói năm 1982 9] Bảng I Lượng thải chất nhiễm mơi trường khơng khí tồn cầu năm 1982 Các chất nhiễm (đơn vị triệu tấn) Nguồn gây ô nhiễm CO Bui | SOx | CxHy | NOx - X tơ chạy xăng 53,5 0,5 0,2 13,8 6,0 - Xe t6 chay dau diézen 0,2 0,3 0,1 0,4 0,5 - Máy bay 2,4 0,0 0,0 0,3 0,0 - Tàu hoả loại khác 2,0 0,5 0,5 0,6 0,8 Cộng 58,1 1,2 0,8 15,1 7,3 - Than - Xăng đầu - Khí đốt tự nhiên 0,7 0,1 0,0 7,4 0,3 0,2 18,3 39 0,0 0,2 0,1 0,0 3,6 0,9 41 - Gỗ củi 0,9 0,2 0,0 0,4 0,2 1,7 8,1 22,2 0,7 8,8 1,5 L Giao Đốt thông nhiên vân tải liê Cộng 3, Q trình sản xuất cơng nghiệp | Xủ lý chất thải rắn » Hoạt động khác - Cháy rừng - Đốt chất nông nghiệp - Đốt rác thải than - Han, đốt xây dựng Cộng Tổng cộng toàn 8,8 6,8 42 0,2 1,0 0,1 6,5 6,1 0,0 2,0 1,1 7,5 2,2 0,0 1,5 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,0 15,3 8,7 0,5 7,7 1,5 91,0 257:] 30,2 29,1 18,7 7,1 1,1 0,4 6,6 | 0,5 0,2 0,5 0,2 Các kí hiệu bangI_ : CO- Oxyt Cacbon ; SOx- loại Sulfur Oxyt, đặc trưng SO2; C;Hk - khí Hydrơ Carbon ; NO - loại Nito Oxyt, đặc trưng la NO2 Người ta phân nguồn ô nhiễm nhân tạo làm loại : - Nguồn ô nhiễm công nghiệp - Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải - Nguồn ô nhiễm đo sinh hoạt người gây Nguồn ô nhiễm cơng nghiệp ống khói nhà máy xí nghiệp thải vào mơi trường khơng khí nhiều chất độc hại, đồng thời nguồn ô nhiễm công nghiệp cịn phat sinh từ q trình cơng nghệ sản xuất bốc hơi, rị rỉ, thất dây chuyền sản xuất, đường ống dẫn tải Đặc điểm chất thải đo q trình cơng nghệ nồng độ chất độc hại cao tập trung khơng gian nhỏ, thường hỗn hop khí độc hại Đối với loại công nghiệp, tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất, loại nhiên liệu sử dụng loại sản phẩm sản xuất trình độ sản xuất mà nguồn thải chất độc hại có đặc tính riêng Tình hình nghiên cứu nhiễm mơi trường khơng khí đo sản xuất công nghiệp gây Thế giới nước Để đánh giá trạng ô nhiễm môi trường khơng khí cơng nghiệp gây vùng, có hai phương pháp nghiên cứu : - Phương pháp thống kê thục nghiệm : Ðo đạc khảo sát hàng trăm điểm (thậm chí hàng ngàn điểm) trường vùng, phương pháp thống kê đánh giá trạng nhiễm khơng khí vùng - Phương pháp tính tốn mơ hình kết hợp vói thực nghiệm : Dùng mơ hình tốn học tính tốn máy tính điện tử q trình khuếch tán chất ô nhiễm Chọn số điểm dặc trưng khảo sát đo đạc để kiểm tra độ tin cậy mô hình tốn học Từ dùng mơ hình tốn học đánh giá tổng qt tồn trạng nhiễm mơi trường khơng khí vùng Ị So sánh hai phương pháp thấy phương pháp thực nghiệm có đặc điểm tốn kém, muốn thực phải dùng lượng kinh phí lón khơng thể có đủ thời gian để khảo sát tất ca cac vj tri, cac thoi diém Có nhiều yếu tố khách quan ảnh hưởng đến độ tin cậy phép đo Trên giói, phương pháp sau chiếm ưu hon Trong điều kiện nước ta, chọn phương pháp tính tốn mơ hình kết hợp vói thục nghiệm để đánh giá trạng nhiễm mơi trưởng khơng khí sản xuất cơng nghiệp gây cho khu vực thành phố lón Việc sử dụng mơ hình để giải tốn khuyếch tán chất ô nhiễm năm 1959 Angus Smith tiến hành để tính phân bố nồng độ khí CO2 ỏ thành phố Manchester theo phương pháp toán học Gauss [Š] Đặc biệt từ năm 1968 trỏ lại lĩnh vực nghiên cứu ô nhiễm mơi trường cơng cụ tốn học phát triển mạnh Theo tài liệu Tổ chức Khí tướng giói (WMO) theo tài liệu hội thảo chương trình mơi trường Liên hiệp quốc (UNEP), Tổ chức Y tế giói (WHHO) giói có 20 dạng mơ hình tính tốn q trình khuyếch tán chất nhiễm mơi trường khơng khí, phân thành hướng sau : Hng : Mơ hình thống kê kinh nghiệm dựa sở lý thuyết Gauss, cịn gọi tắt mơ hình Gauss Các nhà khoa học có cơng phát triển mơ hình Taylor (1985), Sutton (1925-1953), Tunner (1961-1964), Pasquill (1962-1971), Seinfeld (1975) gần nhà khoa học môi trường nưóc Anh, Pháp, Hungary, Ấn độ, Đức, Nhật bản, Trung quốc v.v úng dụng hoàn thiện mơ hình tốn theo điều kiện nưóc Hng : Mơ hình thống kê thuỷ động Sử dụng lý thuyết K khuyếch tán rối ( gọi mơ hình K) Mơ hình Berliand (Nga) hồn thiện áp dụng ỏ Liên xơ trước đây, cịn gọi mơ hình Berliand Ư Việt nam, nhà môi trường học áp dụng hai loại m6 hinh Gauss va Berliand để đánh giá ô nhiễm mơi trường khơng khí cho số vùng cơng nghiệp điển hình thu kết tốt Tư năm 1982-1984 KS Nguyễn Cung (Trung tâm Quản lý Kiểm sốt mơi trường, Tổng cục Khí tướng Thuỷ văn) sử dụng mơ hình K để đánh giá trạng nhiễm mơilrường khơng khí nhà máy điện n phụ Hà nội gây ra, tính tốn phân bố nồng độ chất ô nhiễm cho phương án nhà máy lọc dầu dự kiến xây dựng Ỏ thành Tuy hạ (1990) Dudi su chi dao truc tiếp GS.TS Phạm Ngọc Đăng (Giám đóc trung tâm kỹ thuật mơilfường thị khu công nghiệp, trường Đại học Xây dựng Hà nội, 154 Phụ lục : Mơ hình Gauss tần xuất Thu ? procedure { Khai var at nang tinh tuc đãA @8 Ba ahiém ơn cha ^ inh hinh THE mG tof 143 G ran tan Gaus Gauss vả xuat xutất Gausstx: bảo biên cục bộ; il,jl,iz,jesinteger; WL.H nang.Ki,cbherlang:reals uh, DeltaHsreal; xi„Yy1,xyi1z:realzs Xa¥,dama,gamal,alpha,w_qama,giatrizreals ctt,lon:reals procedure { Tinh tinhbn_hqtx(alpha:real); theo hướng begin writeln(’ giỗ Huong gio : '„ten gio[1]); " Uis=U10 gioll]/exp(nkln(10)); kí :=khiXkhi#u1#epXexp(2#ep#ln(z0))⁄/((1-z0#20)#sqr(1-ep))g w_gqama:=wr/(k1i#(1+n))s giatri:=f_qamma(w_gama+l);swritn(“ ki=“,ÈEl„,'ˆ.gama=’.giatri); fỏr k:=1 to ng | beqin _toadomax(11,41,12,i2,trunc(imax⁄/2))1 writein(’ Nguon : ‘,k,’ “stennguonEE])z uhs=ulxexp(nkin(h_nalk])); đdeltah:=5.#qg#r_ng[Èk]#(tơ ng[k1-tz_gio[F11); đdeltah:=2.,5+deltah/((t2_ q1o[11+2273)#sqr(uh))a deltaH:=1.5X#u ng[È]##_ngŸk1J#deltah/uh; H_nang:=H_ng[Èk ]tdel tan; Xmax Cmax cmax for _ng[k1z=(2⁄5)#(U1#exp((n+1)#1n€H nang))⁄(k1#sqr(n+1)))x ng[È.}: =0, 11á*sqr(l1tn)#Tl_ngEk1#sart(klZ(k0#U1)); ng[È ]‡=cmax ngÉk)Z(CU1#exp(1.,5#(1+n)#in(H_nang)))z is=11 to i2 doa begin for gs=ji to iz begin xdtpado(x⁄l,yi,iien,ilanugamali if cabs(alpha-gamal) then (¿ Kiem tra goc c= beta} ao ñhiem | a£r ((abs(z#pi-gamal)