Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải

Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 1: Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 3

1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH 3

1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên 3

1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo 4

1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 6

1.2.1 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con người 6

1.2.2 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến động vật 7

1.2.3 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến thực vật 7

1.2.4 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu 8

1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí 9

1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ 13

Chương 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI 19

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI 19

2.1.1 Khái niệm 19

2.1.2 Phân loại 20

2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi: 20

2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói: 21

2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH 25

2.2.1 Buồng lắng 25

2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính 29

2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM 30

2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang 30

2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng 33

2.4 LƯỚI LỌC BỤI 36

2.4.1 Giới thiệu chung 36

2.4.2 Các dạng khác nhau của lưới lọc bụi: 37

2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN 40

2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc 40

2.5.2 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi 42

2.5.3 Phân loại: 43

2.5.4 Phương trình của thiết bị lọc bụi bằng điện: 43

2.5.5 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi bằng điện: 45

2.6 THIẾT BỊ LỌC BỤI KIỂU ƯỚT 46

2.6.1 Buồng phun - Thùng rửa khí rỗng 47

2.6.2 Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng được tưới nước 47

2.6.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí )có đĩa chứa nước sủi bọt 50

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP 52

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI 52

3.1.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng 52

3.1.2 Hấp phụ khí bằng vật liệu rắn 60

3.1.3 Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt 70

3.1.4 Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp sinh học 79

3.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SUNFUĐIOXIT SO2 86

3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước 86

3.2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi CaCO3 hoặc vôi nung CaO 88

3.2.3 Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ 90

3.2.4 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn 93

3.2.5 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính 93

3.2.6 Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước–Quá trình LURGI 95

3.2.7 Xử lý khí SO2 bằng nhôm oxít kiềm hoá 96

3.2.8 Xử lý khí SO2 bằng mangan oxít (MnO) 98

3.2.9 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền 100

3.2.10 So sánh lợi ích kinh tế của một số phương pháp xử lý khí SO2 102

3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ĐIHIĐRO SUNFUA H2S 103

3.3.1 Xử lý H2S bằng Natri cacbonat, amoni cacbonat, hoặc kali phốtphát 103

3.3.2 Xử lý khí H2S bằng dung dịch amoniac 105

3.3.3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính 105

3.3.4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ sắt oxít Fe2O3 106

3.3.5 Xử lý H2S bằng Natri thioasenat Na4As2S5O2 108

3.3.6 Xử lý H2S bằng xút NaOH 109

3.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx 110

3.4.1 Hấp thụ NOx bằng dung dịch amoni cacbonat 110

3.4.2 Hấp thụ khí NOx bằng nước 111

3.4.3 Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel và than hoạt tính 112

3.4.4 Giảm thiểu có xúc tác lượng khí NOx bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau

112

3.4.5 Giảm thiểu sự phát sinh khí NOx bằng các điều chỉnh quá trình cháy 115

3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ FLO VÀ HỢP CHẤT CỦA FLO 116

3.5.1 Hấp thụ khí florua bằng nước 116

3.5.2 Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH 117

3.6 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CLO 118

3.6.1 Khử khí clo bằng sữa vôi 118

3.6.2 Xử lý khí clo theo phương pháp axit 120

3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI 121

3.7.1 Khái niệm chung về mùi và các chất có mùi 121

3.7.2 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trường bên trong nhà 123

3.7.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp hấp thụ 124

3.7.4 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp hấp phụ 124

3.7.5 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp thiêu đốt 124

Tài Liệu Tham Khảo 126

Chương 1

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH

Nguồn gây ô nhiễm không khí là nguồn sinh ra các chất ô nhiễm

Dựa vào nguồn gốc phát sinh: ta có nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo

1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên

1 Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa

Hoạt động của núi lửa phun ra một lượng khổng lồ nham thạch nóng và nhiều khói bụi với các chất ô nhiễm như tro bụi, khí SO2, NOx, H2S, CH4 có tác hại nặng

nề và lâu dài tới môi trường Không khí chứa bụi sẽ lan tỏa đi rất xa do nó được phun lên rất cao

2 Ô nhiễm do cháy rừng

Cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng như các hoạt động thiếu ý thức của con người Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và lan toả ra một khu vực rộng lớn nhiều khi vượt ra khỏi biên giới quốc gia có rừng bị cháy Các chất ô nhiễm như khói, bụi, khí SOx NOx, CO, THC

3 Ô nhiễm do bão cát

Hiện tượng bão cát thường xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có lớp phủ thực vật đặc biệt là sa mạc Ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi, nó còn làm giảm tầm nhìn

4 Ô nhiễm do đại dương

Do quá trình bốc hơi nước biển và bụi nước do sóng đập vào bờ có kéo theo một lượng muối (chủ yếu là NaCl và còn lại là các chất MgCl2, CaCl2, KBr) bị gió đưa vào đất liền Không khí có nồng độ muối cao sẽ gây han gĩ vật liệu, phá huỷ công trình xây dựng

5 Ô nhiễm do thực vật

Các chất ô nhiễm do thực vật sản sinh ra và lan toả vào khí quyển là:

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ÷hydrocacbon

- Các bào tử thực vật, nấm: chúng thường có nồng độ cực đại vào mùa hè

Do quá trình lên men các chất hữu cơ khu vực bãi rác, đầm lầy của vi sinh vật

sẽ tạo ra các khí như metan (CH4), các hợp chất gây mùi hôi thối như hợp chất nitơ (ammoniac - NH3), hợp chất lưu huỳnh ( hydrosunfua - H2S, mecaptan) và thậm chí

có cả các vi sinh vật

7 Ô nhiễm do các chất phóng xạ

Trong lòng đất có một số khoáng sản và quặng kim loại có khả năng phóng xa Cường độ phóng xạ càng mạnh và càng gây nguy hiểm cho con người khi những vật chất phóng xạ có trong môi trường không khí xung quanh

8 Ô nhiễm có nguồn gốc từ vủ trụ

Có rất nhiều hạt vật chất nhỏ bé xâm nhập vào bầu khí quyển của trái đất một cách thường xuyên liên tục Bụi vủ trụ có mặt trong lớp khí quyển trên cao và hấp thụ gần 50% ánh sáng mặt trời và chỉ phát xạ lại một phần nhỏ xuống mặt đất Người ta chia các hạt bụi vủ trụ thành hai nhóm tuỳ thuộc vào thành phần hoá học của chúng:

- Bụi từ các thiên thạch: chứa các nguyên tố Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cr

- Bụi từ các Siđerit (thiên thạch sắt, niken) chứa Fe, Co, Ni

1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo

Nguồn nhân tạo cũng khá đa dạng, chủ yếu là do hoạt động giao thông vận tải, hoạt động công nghiệp (đây là 2 nguồn ô nhiễm chính ở đô thị), ngoài ra còn một phần nhỏ từ sinh hoạt của con người và hoạt động nông nghiệp

1 Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải

Sản sinh ra từ ống khói, ống xả của xe cộ, máy bay, tàu bè … chứa nhiều khí

CO, NO2 , NO , SO2 , SO3 , hạt bụi Pb, benzen và các dẫn xuất của benzen gây ung thư …

Đặc điểm nổi bật của nguồn ô nhiễm giao thông vận tải là nguồn ô nhiễm rất thấp, di động, số lượng lớn nên rất khó kiểm soát

2 Nguồn ô nhiễm công nghiệp

Do quá trình đốt nhiên liệu thải ra các chất độc qua ống khói

Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường ống dẫn tải

Đặc điểm của nguồn thải từ các nhà máy là nồng độ chất độc hại rất cao và tập trung trong một không gian nhỏ

Mỗi ngành sản xuất có những chất ô nhiễm đặc trưng riêng của ngành đó

Ví dụ : - sản xuất giấy : bụi , thiết bị nấu dung dịch sulfit : khí SO2 , SO3, …

- sản xuất thủy tinh : lò nấu thủy tinh : bụi, NOx , SO2, …

- nhà máy thuốc lá : bụi, mùi hôi và nicôtin …

3 Nguồn ô nhiễm từ sinh hoạt của con người

Chủ yếu là bếp đun và lò sưởi sử dụng nhiên liệu than đá, củi, dầu hỏa và khí đốt, nhưng nhìn chung nguồn này nhỏ chỉ gây ô nhiễm cục bộ

Ngoài ra , việc hút thuốc lá cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí, có hại đến sức khỏe do tạo ra các chất độc như : axeton, nêphanil, nicotin … và nhiều chất gây ung thư

Cống rãnh, môi trường nước mặt bị ô nhiễm, bốc hơi hay phân hủy tạo ra các khí gây mùi hôi như : H2S , NH3 , CH4 … Khí thoát ra từ các hố xí

Các công trình xây dựng, khai thác đá gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn

Nhìn chung các nguồn ô nhiễm này là nhỏ nhưng lại gây ra ô nhiễm cục bộ trong một nhà hay trong một phòng

4 Nguồn ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp

Hoạt động nông nghiệp tạo ra 15% tổng số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính như :

+ CO2 tạo ra do quá trình đốt rừng làm rẫy, do hỏa hoạn

+ CH4 sinh ra từ các cánh đồng ẩm ướt hay từ các quá trình phân giải yếm khí chất hữu cơ như : mùn, phân gia súc …

Nhận xét :

Về khối lượng tuy nguồn ô nhiễm nhân tạo ít hơn nguồn ô nhiễm tự nhiên nhưng lại độc hại hơn rất nhiều do thải ra nhiều chất độc hại hơn và lại ở gần khu dân cư nơi có mật độ dân số đông

Ngoài ra, còn có các cách phân loại nguồn ô nhiễm khác như:

Dựa vào tính chất hoạt động, gồm có:

- Nguồn phát thải liên tục

- Nguồn phát thải gián đọan

- Nguồn phát thải thất thường

Dựa vào vị trí thải, có hai loại:

- Nguồn cố định: ống khói nhà máy, bếp sinh hoạt, núi lửa…

- Nguồn di động: giao thông vận tải…

Dựa vào mô hình tính toán, có 3loại:

Về độ cao:

- Nguồn thấp: hệ thống thông gió, xưởng sản xuất…

- Nguồn cao: ống khói cao

Về mặt hình thể:

- Nguồn điểm: ống khói

- Nguồn đường: đường giao thông mật độ xe chạy lớn,

- Nguồn mặt: bãi rác,

Về phương diện nhiệt:

- Nguồn nóng

- Nguồn nguội

1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Bất kì một chất nào ở dạng khí, lỏng hay rắn khi thải vào môi trường không khí với nồng độ vừa đủ gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và hoạt động của con người, động thực vật, đến các bề mặt và cảnh quan môi trường đều được gọi là chất

ô nhiễm

Có 3 cách phân loại chất ô nhiễm không khí:

 Cách thứ nhất: Dựa vào nguồn gốc phát sinh người ta chia chất ô nhiễm ra

do SO2 tác dụng với H2O

 Cách thứ hai: Dựa vào trạng thái vật lý, chất ô nhiễm chia ra làm 3 loại:

- Chất ô nhiễm ở dạng rắn: bụi, khói…

- Chất ô nhiễm ở dạng hơi (lỏng): hơi dung môi hữu cơ, hơi axit, hơi thủy ngân…

- Chất ô nhiễm ở dạng khí: khí vô cơ, khí hữu cơ

 Cách thứ ba: Dựa vào kích thước chất ô nhiễm không khí được chia ra làm 2

loại:

- Phân tử: các chất khí

- Hạt: bụi, khói, sương…

1.2.1 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con người

Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm không khí đến sức khoẻ con người: phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc

 Khí CO: là một loại khí độc do nó phản ứng mạnh với hồng cầu trong máu

và tạo ra cacboxyl hemoglobin (COHb) làm hạn chế sự trao đổi và vận chuyển oxy của máu đi nuôi cơ thể Ái lực của CO đối với hồng cầu gấp 200 lần so với oxi Hồng cầu trong máu hấp thu CO nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ CO trong không khí, thời gian tiếp xúc của cơ thể với không khí ô nhiễm và mức độ hoạt động của cơ thể

Bình thường nồng độ COHb trong máu được giữ ở mức 0.4% do khí CO sản sinh bên trong cơ thể không phụ thuộc vào các nguồn bên ngoài Khi hàm lượng COHb trong máu từ 2 ÷ 5% bắt đầu có dấu hiệu ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương Khi hàm lượng COHb trong máu tăng đến 10 ÷ 20% các chức năng hoạt

động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thương Nếu hàm lượng COHb tăng đến ≥ 60% - tương ứng với nồng độ khí CO trong không khí là 1000ppm thì tính mạng bị nguy hiểm và dẫn đến tử vong

Khí CO không đề lại hậu quả bệnh lý nghiêm trọng lâu dài hoặc gây ra khuyết tật nặng nề đối với cơ thể người bị nhiễm CO khi rời khỏi nơi ô nhiễm, nồng độ COHb trong máu giảm dần do CO thoát ra ngoài qua đường hô hấp

 Khí NOx: Tác hại của NOx tương đối chậm và khó nhận biết, chủ yếu là gây

ra bệnh mãn tính về đường hô hấp như viêm xơ phổi mãn tính

 Khí SO2: có mùi khét ngột ngạt Những người tiếp xúc thường xuyên với khí SO2 khoảng 5ppm hoặc hơn thì độ nhạy về mùi giảm Nếu tiếp xúc nồng độ cao hơn gây xuất tiết nước nhầy và sưng tấy thành khí quản

 Khí H2S: không màu, dễ cháy và có mùi trứng thối, gây chảy nước mắt; viêm mắt, viêm tuyến hô hấp

 Khí Cl: có màu xanh, mùi hăng cay Gây hại đối với mắt, da, đường hô hấp hít thở không khí có Cl, sẽ cảm thấy khó thở, bỏng rát da, cay đỏ mắt và nhìn bị mờ

 Khí NH3: trong không khí tồn tại ở dạng lỏng, khí, không màu, có mùi khai hắc Làm viêm da, viêm mắt và đường hô hấp

 Khí O3: Gây viêm mắt, chảy nước nhầy đường hô hấp, khô cổ họng, đau đầu, loạn nhịp thở

 Bụi: Gây tổn thương đối với mắt, da, hệ hô hấp và hệ tiêu hoá Gây ra bệnh hen suyễn, bệnh phổi

1.2.2 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến động vật

Các chất ô nhiễm không khí thâm nhập vào cơ thể động vật bằng hai con đường: con đường hô hấp do hít thở không khí bị ô nhiễm và con đường tiêu hóa do

ăn cỏ, lá cây bị nhiễm độc

Những chất ô nhiễm chủ yếu gây hại cho động vật là:

 Khí SO2: gây tổn thương lớp mô trên cùng của bộ máy hô hấp, gây bệnh khí thũng và suy tim

 Khí CO: làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu trong máu

 Khí HF: gây viêm khí quản, viêm phổi ở các loài chuột lang và thỏ Với nồng độ cao trên 8mg/m3 HF có thể gây chết do viêm phổi nặng Ngoài ra, khi ăn cỏ

có chứa những hợp chất của flo, các loài cừu, bò thường bị hỏng răng

1.2.3 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến thực vật

Thực vật có độ nhạy cảm với ô nhiễm môi trường cao hơn so với người và động vật Sự sinh trưởng bình thường của thực vật đòi hỏi phải có đủ các yếu tố: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dưỡng và trạng thái thích hợp của đất trồng Thế nhưng, ô nhiễm không khí lại đóng vai trò quan trọng trong sự phá hủy trạng thái cân bằng của các yếu tố này

Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường rất khác biệt từ loài này sang loài khác Cùng một chất ô nhiễm với nồng độ như nhau, nhưng ở loài này thì bị ảnh hưởng nặng, còn ở loài khác lại có thể chịu đựng tốt Khi môi trường không khí bị ô nhiễm (trong lúc các yếu tố ngoại cảnh khác vẫn được đảm bảo bình thường) thì các quá trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước của cây cối đều bị ảnh hưởng và biểu hiện bằng các triệu chứng sau đây:

 Tốc độ tăng trưởng: cây chậm lớn do quá trình quang hợp và hô hấp bị hạn chế

 Hiện tượng lá vàng úa hoặc bạc màu: khi không khí bị ô nhiễm, quá trình quang hợp bị kìm hãm, không tổng hợp kịp chất diệp lục để nuôi cây Chất diệp lục tích trữ trong cây bị tiêu hao với tốc độ nhanh hơn tốc độ sản sinh ra chúng từ quá trình quang hợp Vì thế, lá cây dần dần bị vàng úa, bạc màu

 Cây chết từng bộ phận hoặc chết hẳn toàn bộ: khi sự mất cân bằng của các yếu tố sinh trưởng vượt quá mức chịu đựng của cây thì các phản ứng hóa sinh trong các tế bào và các mô của cây không xảy ra được Từ đó dẫn đến cái chết từng bộ phận hoặc toàn bộ cây

1.2.4 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu

1 Đối với vật liệu kim loại

Khí SO2 là tác nhân gây han gỉ rất mạnh đối với kim loại Khi gặp ẩm trong không khí hoặc trên bề mặt vật liệu, SO2 biến thành H2SO4 và tác dụng với kim loại

để tạo thành muối sunfat Đó là quá trình han gỉ

Người ta quan sát thấy không khí bị ô nhiễm bởi SO2 gây han gỉ còn mạnh hơn

cả không khí chứa nhiều tinh thể muối ở vùng biển

Bụi trong không khí cũng có tác dụng làm tăng cường quá trình han gỉ của kim loại, đặc biệt là bụi than, bụi xi-măng có chứa SiO2 và vôi

Hợp kim nhôm có độ bền vững cao dưới tác động hóa học của không khí ô nhiễm, tuy nhiên, bề mặt của vật liệu đã hoàn thiện cũng có thể bị bào mòn hoặc hoen ố do bụi bám

2 Đối với vật liệu xây dựng

Các chất ô nhiễm như khí CO2, SO2 có tác hại rất lớn đối với vật liệu xây dựng

có nguồn gốc từ đá vôi Khi gặp ẩm và oxi, các chất ô nhiễm nói trên tác dụng với

đá vôi (CaCO3) tạo thành muối CaSO4 tan được trong nước làm cho công trình có thể bị hư hỏng nặng

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2CaSO3 + ½ O2 = CaSO4

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2 + SO2 + ½ O2 = CaSO4 + 2CO2 + H2O Ngoài tác động về mặt hóa học đối với vật liệu xây dựng, ô nhiễm bụi trong không khí cũng gây tác hại đáng kể do quá trình cọ xát bào mòn các bề mặt công

trình bằng đá, gạch, kính, sơn khi có gió mạnh, tương tự như quá trình xử lý bề mặt bằng máy phun cát

3 Đối với vật liệu sơn:

Lớp sơn trên bề mặt sản phẩm, thiết bị, dụng cụ hoặc công trình có thể bị tác động bởi bụi dạng rắn hoặc lỏng có chứa nhiều hợp chất hóa học khác nhau, gây ra

sự mài mòn hoặc phản ứng phân hủy chất sơn Tác hại gây ra trên cả hai phương diện kinh tế và mỹ quan không những đối với công trình và đồ vật thông thường mà còn đối với cả các tác phẩm nghệ thuật, hội họa

Khí H2S trong không khí ô nhiễm có phản ứng trực tiếp với các hợp chất của chì trong sơn để tạo thành PbS làm cho màu sơn bị xỉn tối

4 Đối với vật liệu dệt

Những nguyên liệu để dệt vải như bông, len, sợi tổng hợp là những vật liệu nhạy cảm với các chất ô nhiễm gốc axit Khí SO2 làm giảm độ bền dẻo của sợi, vải Khí SO2 cũng có phản ứng với thuốc nhuộm làm cho thuốc nhuộm kém chất lượng, không đạt được màu sắc mong muốn hoặc hư hỏng Bụi trong không khí cũng gây tác hại đáng kể cho đồ may mặc, làm cho quần áo bẩn nhanh, bị mài mòn nhanh, nhất là khi bụi có chứa các thành phần như SO2, H2S…

Ngoài ra cũng cần nói thêm rằng: các yếu tố môi trường khác như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, gió… cũng tham gia vào việc gây tác hại cho sản phẩm dệt may

5 Đối với vật liệu điện, điện tử

Nguyên nhân thông thường khiến cho các thiết bị điện công suất thấp bị trục trặc là do bụi bám trên các công tắc tiếp xúc, cầu dao làm cho mạch điện không thông suốt khi đóng điện Sự việc có thể nguy hại hơn, nếu trong bụi có chứa các hợp chất ăn mòn kim loại Bụi cũng có thể bám trên các bộ phận cách điện của đường dây cao thế, khi gặp ẩm, sương hoặc mưa, lớp bụi ẩm có thể trở thành vật dẫn điện và gây ra hiện tượng phóng điện rất nguy hiểm Người ta cũng nhận thấy rằng: đầu bịt paladium gốc niken của công tắc điện bị ăn mòn và hình thành lớp gỉ màu xanh cách điện Kết quả này do thành phần nitrat có mặt trong bụi gây nên

6 Đối với vật liệu giấy, da thuộc, cao su

Khí SO2 gây tác hại mạnh đối với giấy và da thuộc, làm cho độ bền, độ dai của chúng bị giảm sút Còn cao su thì rất nhạy cảm với ozon Ozon làm cho cao su bị cứng giòn, giảm sức bền và nứt nẻ

1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí

1 Mưa axit

Mưa axit là sự kết hợp của mưa, sương mù, tuyết, mưa đá với axit sunfuric, axit nitric có nồng độ loãng (pH < 5,6) Oxit lưu huỳnh, oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt cháy các nhiên liệu khoáng chúng bị oxi hóa trong khí quyển trong thờI gian dài từ vài giờ đến nhiều ngày và biến thành axit sunfunric và axit nitric rồi theo mưa tuyết rơi xuống mặt đất Từ những năm 1950, nước Mỹ đã xuất hiện các trận mưa axit

Năm 1979, ở Trung Quốc, mưa axit lần đầu tiên xuất hiện, chủ yếu ở khu vực sông Trường Giang, phía Đông cao nguyên Thanh Hải và bồn địa Tứ Xuyên

Thông thường, nếu khí quyển hòan tòan trong sạch, không bị ô nhiễm bởi các loại khí SO2 và NOx thì pH của nước mưa khỏang 5.6 tức là thuộc tính axit do khí

CO2 trong khí quyển tác dụng với nước nước mưa Khi khí quyển bị ô nhiễm khí

SO2 và NOx thì pH nước mưa sẽ nhỏ hơn 5.6 và ta sẽ có mưa axit Khi pH của nước mưa nhỏ hơn 4.5 bắt đầu có tác hại đối với cá và thực vật

Các nguy hại của mưa axit chủ yếu là làm cho sông hồ bị axit hoá, cây cối bị khô héo, các loại cá bị chết, đe doạ sức khỏe con người Dựa vào di chuyển của gió, mây mưa axit có thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng lớn

- Rừng bị hủy diệt Mưa axit làm tổn thương lá cây, trở ngại quá trình quang

hợp, làm cho lá cây bị vàng úa và rơi rụng Mưa axit làm cho chất dinh dưỡng trong đất bị tan mất, có tác dụng phá hoại sự cố định đạm của vi sinh vật và sự phân giải các chất hữu cơ, làm giảm độ màu mỡ của đất Mưa axit còn cản trở sự sinh trưởng của bộ rễ làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại Toàn châu Âu đã có khoảng 14% rừng bị những cơn mưa axit tàn phá, riêng nước Đức bị tàn phá tới 50% Rừng trên thế giới bị mưa axit tàn phá, tổn thất về gỗ hằng năm đã vượt quá

10 tỉ đô la

- Nước hồ bị axit hoá Mưa axit làm ô nhiễm nguồn nước trong hồ và phá

hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước Ở Thụy Điển có hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bị axit hoá với mức độ khác nhau; 80% nước hồ của miền Nam Na Uy bị axit hoá

- Sản lượng nông nghiệp bị giảm Mưa axit là yếu khả năng quang hợp của

cây, phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khó khăn Mưa axit còn ức chế việc phân giải các chất hữu cơ và cố định đạm trong đất, rửa trôi các nguyên tố dinh dưỡng trong đất (Ca, Mg, K) làm cho đất bị nghèo hoá Theo điều tra của Nhật Bản, mưa axit làm một số cây ngũ cốc và lúa mì bị giảm tới 30% sản lượng Mưa axit còn hoà tan các kim loại độc hại (Hg, Cd, Al ) do đó làm giảm giá trị sử dụng cuả sản phẩm nông nghiệp, thậm chí không thể dùng được

SO2, NO2

SO2 nắng, H2O H2SO4 NO2 HNO3

Mưa axit

Hình 1.1: Chu trình tạo mưa axit trong khí quyển

- Làm tổn hại đến sức khoẻ con người Khí SO2 là chất chủ yếu gây ra mưa axit, rất nguy hiểm cho sức khỏe con người Khi hít phải SO2 với nồng độ nhất định

hô hấp sẽ bị kích thích mạnh Liều SO2 gây nguy hiểm sau 30 đến 60 phút hít thở là 260-130 mg/m3 Độc tính chung của SOx là rối loạn chuyển hoá protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza Hấp thu lượng lớn SO2 có khả năng gây bệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăng cường quá trình ôxy hóa

Fe2+ thành Fe3+

- Gây ra ăn mòn các vật kiến trúc Thành cổ Aten nổi tiếng, tượng nhân sư của

Ai cập, do bị những trận mưa axit mà ngày càng bị xâm thực hỏng dần

2 Hiệu ứng nhà kính

Bức xạ cực đại từ mặt trời xuống trái đất là bức xạ sóng ngắn gồm các tia trông thấy có bước sóng  = 0,4 ÷0,8m, các tia cực tím  = 0,1 ÷0,4m và một phần các tia cận hồng ngoại  = 0,8 ÷5m

Bức xạ cực đại từ mặt đất vào bầu trời là bức xạ sóng dài thuộc vùng hồng ngoại có bước sóng từ  = 3 ÷60m

Các chất ô nhiễm không khí như CO2, CH4, N2O, CFC (cloroflorocacbon), O3

và hơi nước là những chất gần như trong suốt đối với tia sóng ngắn, ngược lại đối với các bức xạ sóng dài, tia hồng ngoại thì chúng hấp thụ rất mạnh

Hiệu ứng nhà kính chính là hiện tượng các chất ô nhiễm không khí như CO2,

CH4, CFC, N2O, O3, hơi nước cản trở, hấp thụ năng lượng bức xạ từ mặt đất rồi toả nhiệt vào bầu khí quyển làm cho nhiệt độ khí quyển nóng lên

- Làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật Một số loài sinh vật thích nghi được sẽ phát triễn thuận lợi Trong khi đó nhiều loài sẽ bị thu hẹp không gian sống hoặc bị tiêu diệt do không kịp thích nghi với những biến đổi môi trường sống

- Khí hậu toàn cầu sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng di chuyển về phía hai cực của trái đất Toàn bộ điều kiện sống của các quốc gia bị xáo trộn Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng

- Nhiều loại bệnh tật mơi đối với con người xuất hiện, các loại dịch bệnh lan tràn, sức khoẻ của con người bị suy giảm

Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu trái đất:

- Sự nóng lên của khí quyển và trái đất nói chung

- Sự thay đổi thành phần chất lượng khí quyển có hại cho môi trường sống của con người và các sinh vật trên trái đất

- Sự dâng cao mực nước biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng đất thấp, các đảo nhỏ trên biển

- Sự di chuyển các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác nhau của trái đất, dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động bình thường khác của con người

- Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hoá khác

- Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thuỷ quyển, thạch quyển, sinh quyển, thỗ nhưỡng quyển

Giải pháp khắc phuc:

Tại hội nghị thượng đỉnh về môi trường họp tại Rio Janero năm 1992, các quốc gia trên thế giới đã thông qua Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc Công ước khung về biến đổi khí hậu đặt ra mục tiêu: “Ổn định nồng độ các khí nhà kính trong khí quyển ở mức có thể ngăn ngừa được sự can thiệp của con người đối với hệ thống khí hậu” Mức ổn định phải đạt một khung thời gian đủ cho các hệ sinh thái thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, đảm bảo việc sản xuất lương thực không bị đe doạ và tạo khả năng phát triễn kinh tế một cách bền vững Các quốc gia tham gia công ước phải tuân thủ 5 nguyên tắc sau:

- Các nước phải bảo vệ hệ thống khí hậu

- Cần phải xem xét đầy đủ những nhu cầu riêng và hoàn cảnh đặc thù của các nước đang phát triển

- Các nước phải thực hiện những biện pháp phòng ngừa, ngăn ngừa và giảm nhẹ nguyên nhân gây biến đổi khí hậu

- Các quốc gia có quyền và phải đẩy mạnh sự phát triễn bền vững

- Các quốc gia phải hợp tác đẩy mạnh một hệ thống kinh tế quốc tế mở cửa và tương trợ

Công ước khung về biến đổi khí hậu đặt ra các giải pháp nhằm khăc phục sự nóng lên của toàn cầu như:

- Bảo toàn và nâng cao khả năng của các bể hấp thụ khí nhà kính như: các khu rừng nhiệt đới và ôn đới, các sinh khối ở biển và đại dương, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác

- Hợp tác trong việc chuẩn bị sự thích ứng với các tác động của sự thay đổi khí hậu như quản lý tổng hợp vùng bờ biển, quản lý tài nguyên và nông nghiệp, phục hồi các khu vực bị ảnh hưởng bởi hạn hán, lũ lụt và sa mạc hoá

- Tăng cường hợp tác trong nghiên cứu và trao đổi thông tin khoa học, công nghệ, kỹ thuật, kinh tế của các quốc gia để nâng cao thêm hiểu biết về nguyên nhân

và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cũng như hậu quả kinh tế xã hội của các chiến lược ứng phó với biến đổi khí hậu

- Tăng cường và hợp tác trong giáo dục, đào tạo và truyền bá đại chúng liên quan đến biến đổi khí hậu, đồng thời khuyến khích sự tham gia của cộng đồng vào bảo vệ hệ thống khí hậu toàn cầu

3 Sự suy giảm tầng ozon

Sự rò rỉ và phát thải các chất CFC (cloroflorocacbon), cacbon tetraclorua (CCl4)

là nguyên nhân chính gây suy giảm tầng ozon

Khi các chất này khuếch tán đến tầng bình lưu thì chúng bị tấn công bởi các tia cực tím và phân huỷ thành các nguyên tử Cl Chính nguyên tử Cl này là nguyên nhân gây suy giảm tầng ozon

Cl + O3 = ClO + O2ClO + O3 = Cl + 2O2Như vậy một nguyên tử Clo biến nhiều phân tử O3 thành O2 thông thường

Hậu quả của sự suy giảm tầng ozon:

- Tăng khả năng mắc bệnh ung thư da

- Tăng khả năng mắc bệnh về mắt, đặc biệt là bệnh đục thuỷ tinh thể

- Phá huỷ hệ thống miễn dịch của con người và động vật

- Giảm năng suất cây trồng

- Làm mất cân bằng hệ sinh thái động thực vật biển

Các giải pháp bảo vệ tầng ozon:

Trước sự gia tăng mức độ suy thoái tầng ozon, các quốc gia trên TG đã kí kết Công ước viên về bảo vệ tầng ozon và Nghi định thư Montreal về các chất làm suy giảm tầng ozon

Công ước viên được ký kết năm 1985 gồm 21 điều khoản có mục đích cơ bản là xây dựng hợp tác và hành động quốc tế nhằm nghiên cứu tầng ozon, bảo vệ tầng ozon trước các hoạt động của con người và bảo vệ sức khoẻ con người trước những thay đổi của tầng ozon Các quốc gia tham gia có nhiệm vụ:

- Hợp tác trong quan trắc, nghiên cứu, trao đổi thông tin để hiểu rõ và đánh giá tốt hơn ảnh hưởng của các hoạt động con người tới tầng ozon và những ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và môi trường do biến đổi tầng ozon

- Chấp nhận các biện pháp và hợp tác trong việc phối hợp các chính sách để kiểm soát, hạn chế hoặc ngăn chặn các hoạt động có ảnh hưởng có hại do sự biến đổi hoặc gây ra sự biến đổi tầng ozon

- Hợp tác trong hệ thống hoá các biện pháp và tiêu chuẩn đã nhất trí để thực hiện công ước và các văn bản kèm theo

- Hợp tác với các cơ quan quốc tế có thẩm quyền để thi hành có hiệu quả công ước và các văn bản liên quan

1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ

Một chất sau khi thải vào không khí, chúng sẽ khuếch tán đi các nơi Các yếu tố điều kiện khí hậu, địa hình mặt đất và thành phần khí và bụi thải …đã ảnh hưởng đến sự phân bố chất ô nhiễm trong không gian và theo thời gian

a Ảnh hưởng của gió: Gió hình thành các chuyển động rối của không khí trên

bề mặt đất đóng vai trò chính trong sự phát tán chất ô nhiễm Hai yếu tố quan trọng cần quan tâm đó là hướng gió và tốc độ gió Nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng khi tốc

độ gió giảm

b Nhiệt độ: nhiệt độ không khí có ảnh hưởng đến sự phân bố nồng độ chất ô

nhiễm trong không khí ở tầng gần mặt đất Ở tầng này thông thường càng lên cao nhiệt độ càng giảm nhưng trong một số trường hợp có hiện tượng ngược lại khi càng lên cao (trong một tầm cao nào đó) nhiệt độ không khí càng tăng Hiện tượng này gọi là sự “nghịch đảo nhiệt” Khi có nghịch nhiệt không khí trở nên rất ổn định

và cản trở mọi chuyển động thẳng đứng của từng bộ phận khí do lực nổi gây ra Độ

ổn định do nghịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế sự trao đổi năng lượng gió của lới không khí sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trên cao và do đó làm cản trở quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương đứng lẫn phương ngang mà hậu quả là làm cản trở sự phát tán gây nồng độ đậm đặc nơi gần mặt đất Trong quá khứ

đã từng xảy ra những lần có nghịch đảo nhiệt ở một vài vùng để lại tác hại lớn như

sự kiện ngộ độc khí của thành phố Luân Đôn

Nghịch đảo nhiệt được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:

- Làm lạnh lớp không khí từ bên trên

- Làm nóng lớp không khí từ bên dưới

- Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp không khí ấm

- Chuyển động của dòng không khí ấm trên lớp không khí lạnh

Nghịch nhiệt do nguyên nhân thứ nhất gây ra là dạng nghịch nhiệt bức xạ Dạng

nghịch nhiệt này thường xuất hiện quanh năm vào nửa đêm đến sáng sớm, nhưng về mùa đông có thể kéo dài cả ban ngày khi năng lượng bức xạ mặt trời không đủ sức phá vỡ lớp nghịch nhiệt Đặc biệt ở những vùng khí hậu lạnh khi mặt đất có lớp tuyết bao phủ, nghịch nhiệt có thể kéo dài từ 5 ÷7 ngày bởi vì tuyết phản xạ rất tốt tia nắng mặt trời đồng thời là vật phát xạ mạnh các tia hồng ngoại

Nguyên nhân thứ hai thường xuất hiện ở vùng áp suất cao khi có lớp mây che

phủ trên bầu trời và hấp thụ năng lượng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống Lớp nghịch nhiệt này thường có độ cao từ 400 ÷500 m đến 4000 ÷5000 m trên mặt đất

Nguyên nhân thứ ba là trường hợp dòng không khí lạnh từ các vùng đất cao vào

ban đêm tràn xuống các thung lũng tạo thành lớp không khí lạnh nằm dưới lớp không khí ấm và dẫn đến nghịch đảo nhiệt ở đáy thung lũng Trường hợp này nếu

có ngưng tụ xảy ra thì lớp sương giá sẽ hình thành và làm cho ánh nắng mặt trời vào ban ngày không thể xuyên qua được, khi đó nghịch nhiệt có thể kéo dài vài ngày và chỉ khi nào có gió mạnh hoặc bão nó mới bị quét sạch khỏi thung lũng

Nguyên nhân thứ tư thường xẩy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió của

sườn núi thổi xuống chân núi Không khí này sẽ được ấm lên theo quá trình nén ép

đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dưới chân núi gây ra hiện tượng nghịch nhiệt với cường độ mạnh và có thể kéo dài

Tại cùng một địa điểm và cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt cùng song song tồn tại: một lớp sát mặt đất đến độ cao 100 đến 200m và một lớp ở

c Ảnh hưởng của mưa: Mưa có tác dụng làm sạch môi trường không khí, các

hạt mưa sẽ kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất độc hại trong không khí rồi rơi xuống đất gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nước

Như vậy, mưa thúc đẩy việc loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi không khí nhưng lại góp phần chuyển các chất ô nhiễm này vào đất, nước…

Mưa làm sạch bụi trên các lá cây, do đó làm tăng khả năng hút bụi của các dãy cây xanh cách ly bảo vệ khu dân cư

d Ảnh hưởng của sương mù: Sương mù dày đặc và kéo dài xác định hiện tượng lắng đọng trong lớp khí quyển tại mặt đất Đây là yếu tố khí tượng bất lợi cho sự khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí Chúng góp phần gây ra hiện tượng nghịch đảo nhiệt và chúng có thể là nguyên nhân tạo thành khói mù độc hại

.Đã có nhiều trường hợp khói mù gây tai nạn thê thảm cho dân cư Vì vậy tần số hình thành, mật độ và độ ổn định của sương mù ở một địa phương nào đó cần được phân tích cẩn thẩn trong việc thiết kế các công trình xử lý khí thải và thải khí

e Địa hình mặt đất: ảnh hưởng đến trường gió trong khu vực và do đó ảnh

hưởng đến việc phát tán chất thải Dạng bề mặt, loại thảm thực vật cũng có ảnh hưởng đến sự phát tán chất thải

Địa hình, độ gồ ghề của mặt đất và công trình nhà cửa có ảnh hưởng rất lớn đến chuyển động ngang của không khí trên mặt đất

 Địa hình:

Trường hợp địa hình không bằng phẳng, trên đườnglan truyền luồng khói gặp vật cản có dạng như núi đồi, vực sâu, thủng lủng …trường vận tốc gió sẽ bị thay đổi, mức độ rối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khói sẽ bị biến dạng, kéo theo là sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói cũng như trên mặt đất bị thay đổi

Ở phía đón gió của sườn đồi luồng khói chuyển động theo các đường dòng của không khí và do đó có xu hướng vừa va đập vào sườn đồi vừa bị hất ngược lên cao,

vì vậy nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao so với trường hợp địa hình bằng phẳng

Ở phía khuất gió của ngọn đồi, bức tranh càng phức tạp hơn do có hiện tượng quẩn gió làm cho chất ô nhiễm bị tù đọng lại trong khu vực này và không lan tỏa ra

xa hơn nữa

 Công trình, nhà cửa:

Khi gió thổi qua công trình, các gờ sắc cạnh của công trình sẽ hắt luồng gió lên cao tạo ra độ rối có cường độ và kích thước lớn hơn nhiều so với độ rối tự nhiên của bản thân luồng gió, làm cho luồng gió có khả năng bị thay đổi cả vận tốc lẫn chiều hướng chuyển động

Nhà cửa, công trình góp phần làm thay đổi trường vận tốc của không khí Ở phía trước công trình vận tốc chuyển động của không khí tăng lên, ở phía sau vận tốc khí giảm lại tạo nên vùng gió quẩn và phải đến một khoảng cách xa vận tốc khí mới đạt được giá trị ban đầu

Các vùng gió quẩn sẽ làm cho nồng độ chất ô nhiễm tăng cao lên, đặc biệt là với các nguồn ô nhiễm thấp

Vùng gió quẩn (bóng khí động) phụ thuộc vào các yếu tố:

- Kích thước của công trình, chiều cao nhà, chiều rộng nhà

- Công trình đứng độc lập hay nằm trong cụm nhà

- Khoảng cách giữa các công trình trong cụm nhà

- Hướng gió thổi: trường hợp bất lợi nhất là khi gió thổi trực giao với nhà

Về kích thước công trình người ta phân biệt:

Nhà hẹp: nếu bề rộng nhà b≤ 2.5 Hnhà, trong đó Hnhà ÷chiều cao của nhà

Hình 1.2 Luồng khói lan truyền khi gặp vật cản đồi núi

Nhà rộng : nếu bề rộng nhà b> 2.5 Hnhà

Về khoảng cách giữa các nhà trong cụm công trình: nếu hai nhà cách nhau trên

10 lần chiều cao của ngôi nhà đứng trước (theo chiều gió): ta có thể xem những ngôi nhà đó là đứng độc lập

Dưới đây là sơ đồ bóng khí động ứng với các trường hợp khác nhau:

Hình 1.3a: Nhà hẹp đứng độc lập

Hình 1.3b: Nhà rộng đứng độc lập

Hình 1.3c: Nhà hẹp đứng trước nhà khác

Hình 1.3d: Nhà rộng đứng trước nhà khác

Chương 2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI

2.1.1 Khái niệm

Các phân tử chất rắn thể rời rạc có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hoá học khác nhau Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành những vật chất mà người ta gọi là bụi

Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc - các hạt có kích thước nằm trong khỏang từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau Sol khí cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng

lơ lửng trong thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm của các hạt sol khí rất

bé Những hạt nhỏ nhất của sol khí có kích thước gần bằng kích thước các nguyên

Đường kính lắng chìm δc của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt có hình dáng phi chuẩn đang xem xét

Đường kính lắng chìm của hạt được xác định theo công thức sau đây rút ra từ lý thuyết về sự lắng chìm của hạt bụi:

m H b

18107



Trong đó:

μ: độ nhớt động lực của môi trường (khí, nước) Pa.s

ρb, ρ: khối lượng đơn vị của bụi và của môi trường, g/cm3

H: chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm

g: gia tốc trọng trường, m2/s

τ: thời gian rơi, s

2.1.2 Phân loại

1 Dựa vào nguồn gốc phát sinh:

- Bụi tự nhiên

- Bụi nhân tạo

2 Dựa vào thành phần hóa học:

- Bụi vô cơ:

- Bụi hữu cơ:

3 Dựa vào kích thước hạt:

- Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi rắn có kích thước hạt  > 75m

- Bụi: hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5 ÷75m) được hình thành

từ các quá trình cơ khí như nghiền, tán, đập …

- Khói: gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ có kích thước hạt từ 1 - 5m Hạt bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển

- Khói mịn: gồm những hạt rắn rất mịn, kích thước hạt  < 1m

- Sương: hạt chất lỏng có kích thước  < 10m Loại hạt này ở một nồng độ đủ

để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá

Những hạt bụi có tác hại nhất đối với sức khỏe con người là khi chúng có thể thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp, kích thước  < 10m Người ta gọi cỡ bụi này là bụi hô hấp

2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi:

Vận tốc giới hạn của một hạt bụi có đường kính δ khi rơi trong môi trường được xác định theo công thức:







18





18

2

g

Ta có thể áp dụng công thức trên để tính thời gian và khoảng cách lắng đọng

của bụi trên mặt đất từ một độ cao H nào đó ứng với vận tốc gió cho trước một số

giả thiết phải đưa ra để có thể áp dụng công thức trên cho phù hợp:

- Hạt bụi dạng hình cầu và tuân theo định luật Stokes

- Chiều cao H của ống khói được xem là chiều cao hiệu quả mà tại đó hạt bụi

có vận tốc ban đầu bằng không và bắt đầu rơi tự do trong khí quyển

Hình 2.1: Luồng khói từ nguồn điểm cao trong hệ trục xyz

- Bụi thoát ra khỏi ống khói được làm nguội tức khắc đến nhiệt độ môi trường xung quanh

- Không có xáo trộn mạnh trước và trong khi rơi

Không có tác động qua lại giữa các hạt bụi có kích thức khác nhau

2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói:

Trên hình 2.1đã thể hiện hình dạng phổ biến của ống khói Tại miệng ống khói, nhờ vận tốc phụt, luồng khói có một động năng ban đấu làm cho nó có xu hướng bốc thẳng đứng lên trên Mặt khác, do nhiệt độ của khói cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh, luồng khói chịu tác dụng của lực “nổi” do chên lệch nhiệt độ gây ra Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác động của lực gió theo phương ngang do đó đỉnh cao nhất của luồng khói sẽ nằm cách miệng ống khói một khoảng cách nhất định nào đó xuôi theo chiều gió Khi đạt độ cao ấy tức là lúc động năng ban đầu của luồng khói đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên cân bằng với nhiệt độ khí quyển do kết quả của quá trình hoà trộn với không khí xung quanh, luồng khói sẽ giữ phương nằm ngang song song với chiều gió

Một số công thức tính độ nâng cao của luồng gió:

1 Công thức của Davidson W.F

Dựa theo kết quả thực nghiệm tiến hành trên ống khí động của Bryant năm

1949, Davidson W.F đã đưa ra công thức sau đây ÷được gọi là công thức Bryant

÷Davidson

m T

T u

D h

khoi

), 1

( ) ( 1.4  



Công thức trên có thể phân biệt thành hai thành phần:

Thành phần độ nâng do vận tốc ban đầu của khói:

m u D

h v  ()1.4,



Và thành phần do sức nổi gây ra bởi chên lệch nhiệt độ:

m T

T u

D h

T khoi - nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K

ΔT - chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, oC hoặc K

2 Công thức của Bosanquet - carey và Halton:

Công thức của Bosanquet và cộng sự đƣợc dựa trên lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, trong đó độ nâng do động năng và độ nâng do chênh lệch nhiệt độ là hàm

số của khoảng cách x kể từ chân ống khói xuôi theo chiều gió Các công thức đƣợc xây dựng cho điều kiện trung tính của khí quyển

Độ nâng cao do động năng ban đầu:

)8

,01

max ,

x

h h



1 max

,

43,01

77,4

T u

z T gL



Trong đó z là hàm số của X mà:

157,



Hàm số z  f ( X) được cho dưới dạng biểu đồ sau:

Độ nâng tổng cộng của luồng khói :

t

v h h



Và chiều cao hiệu quả của ống khói :

h h

H   0 , 75 

Trong đó :

L 1 ÷lưu lượng khói thải ở nhiệt độ T1, m3/s

T1 ÷nhiệt độ tuyệt đối mà tại đó khối lượng đơn vị của khói cân bằng với khối lượng đơn vị của không khí xung quanh (một cách gần đúng có thể xem T1 ≈ Txq)

1

T  khói

 - hiệu số giữa nhiệt độ của khói tại miệng khói và nhiệt độ T1

3 Công thức của Holland :

Dựa vào kết quả khảo sát luồng khói từ những ống khói nhỏ ở vùng Oak Rige, Holland J.Z Ủy ban năng lượng nguyên tử của Mỹ đã đưa ra công thức xác định độ nâng cao của luồng khói, được gọi là công thức Oak Rige :

u Q D

C

Q h  p  , /

Trong đó:

Cp- tỷ nhiệt đẳng áp của khói, cal/kg.oC

ρ- khối lượng đơn vị của khói, kg/m3

Δt - chênh lệch nhiệt độ của khói và không khí xung quanh, o

C Công thức này nên áp dụng cho điều kiện trung tính của khí quyển đối với điều kiện

ổn định kết quả tính cần tăng thêm 10 ÷20%, ngược lại trong điều kiện khí quyển không ổn định thì giảm bớt 10 ÷20%

4 Công thức của Briggs G.A

Các phương pháp hiện đại để xác định độ nâng của luồng khí trong điều kiện khí quyển ổn định hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu do đó cơ sở lý thuyết khá rõ ràng và có thể tiến hành quan trắc, đo đạc thực tế tương đối đơn giản để bổ sung cho lý thuyết trong điều kiện ổn định, ở giai đoạn đầu của sự phát triển luồng khói dưới tác dụng của lực nổi, độ rối bên trong của luồng chiếm ưu thế so với độ của không khí xung quanh Tuy nhiên trong điều kiện trung tính và không ổn định của khí quyển, luồng khói uốn lượn nhưng cuối cùng cũng đạt được độ cao mà tại đó độ rối bên ngoài trở nên đáng kể hơn so với độ rối bên trong luồng Lúc đó luồng khói ngừng phát triển Trường hợp này rất phức tạp cho công việc nghiên cứu và quan sát , tuy nhiên lại là trường hợp khá phổ biến

Briggs G.A (1975) đã nghiên cứu trường hợp nói trên và đưa ra công thức sau đây áp dụng cho điều kiện có tác dụng của lực nổi là chủ yếu:

m x u

F

3 / 1



Trong đó:

F - lực nổi ban đầu của luồng khói được xác định theo công thức:

3 4 2

/,

T T D g F

khoi

xq khoi

F

( 54

h: chiều cao thực của ống khói

Trường hợp nghịch nhiệt, công thức Briggs có dạng sau:

m u

F

3 / 1

g F

5 Công thức của M.E Berliand và của một số tác giả khác của Nga

Căn cứ vào số liệu thực nghiệm và so sánh kết quả tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất, Berliand và cộng sự (1964) đưa ra công thức xác định độ nâng cao luồng khói như sau:

xq T u

T gL u

D

10 10

6.1875

L - lưu lượng khói thải tại miệng ống khói, m3/s

2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH

2.2.1 Buồng lắng

1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc hoạt động: các hạt bụi được giữ lại trong buồng lắng dưới tác dụng của trọng lực

Buồng lắng có cấu tạo rất đơn giản: là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở trong đó

Buồng lắng được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 - 70μm trở lên

2 Lý thuyết tính toán:

a Một số quy định và giả thiết:

Buồng lắng có cấu tạo hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H và bề rộng

B

Hình 2.1 Các buồng lắng bụi

1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Xả bụi; 4- Van điều chỉnh; 5- Cửa dọn vệ sinh



B

H

Vận tốc dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng là đều đặn ÷trường vận tốc của dòng khí trong buồng lắng bụi là không đổi

Hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc bằng vận tốc dòng khí Hạt bụi rơi dưới tác dụng của trọng lực theo phương thẳng đứng khi chạm được đáy trước điểm N của buồng lắng coi như bị giữ lại trong buồng lắng

Nếu L là lưu lượng dòng khí - m3/s thì vận tốc chuyển động ngang u của hạt bụi

sẽ được xác định theo công thức sau:

BH

L

u , m/s Thời gian lưu lại của dòng khí(của bụi) trong buồng lắng:

L

lBH u

Như vậy tỷ số h/H ứng với các cỡ đường kính khác nhau của hạt bụi thể hiện

được phần bụi có kích thước đã cho đã bị giữ lại trong buồng lắng và từ đó ta có thể xác định được hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng

Giá trị h có thể xác định theo công thức sau:



TB v





Trong đó:

µ - độ nhớt động lực của môi trường khí, Pa.s

ρb, ρ - khối lượng riêng của hạt bụi và của không khí, g/cm3

uH

b b

o

)(

18)

Ta có thể phân biệt các trường hợp sau:

Đối với hạt bụi có kích thước bé thì thời gian kể từ lúc bắt đầu rơi đến lúc hạt

bụi đạt vận tốc giới hạn vgh rất ngắn so với thời gian lưu τ, lúc đó ta có:

vTB = vgh

Đối với hạt bụi có kích thước lớn hơn thì sau một quãng đường không phải là

quá ngắn so với τ hạt bụi mới đạt được vận tốc rơi giới hạn vgh Lúc đó quãng đường hạt bụi rơi cần được phân thành hai đoạn:

Đoạn đầu là đoạn mà hạt bụi rơi có gia tốc cho đến lúc vận tốc rơi đạt khoảng

)1

gh

gh v Z e v

glB

hL b



c Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng :

Muốn nâng cao hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt δ nhất định nào đó thì:

- Một là h (δ) phải tăng trong khi H = const

- Hai là giữ h (δ) không đổi và giảm chiều cao H của buồng lắng vớI điều kiện

đảm bảo năng suất lọc tức lưu lượng khí cần lọc không thay đổi

Ta có thể thực hiện theo cách thứ 2 bằng cách chia buồng lắng thành nhiều tầng

đều nhau Chiều cao của mỗi tầng là Hi và lưu lượng đi qua Li đều giàm xuống theo một tỷ lệ như nhau

Hiệu quả lọc sẽ tăng lên n lần:

Ưu điểm: nhờ chia thành nhiều tầng nên kích thước của buồng lắng được thu

gọn, ít chiếm diện tích nhưng vẫn lọc được một lưu lượng khí lớn với hiệu suất lọc cao

Nhược điểm: khó dọn vệ sinh khi bụi bám trên các tầng Đôi khi người ta phảI

dùng biện pháp phun nước áp lực mạnh để tẩy rửa

3 Các dạng khác của buồng lắng bụi:

Trong thực tế áp dụng buồng lắng với nguyên lý rơi tự do của hạt bụi trong chế

độ chuyển động chảy tầng của không khí là có nhiều hạn chế là kích thước buồng lắng lớn, lưu lượng không khí cần lọc không được nhiều để khắc phục các nhược điểm nói trên G.S V.V Baturin đã đề xuất loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều ngăn:

Dòng không khí chuyển động theo đường dích dắc từ ngăn này sang ngăn khác,

do đó hạt bụi không những rơi dưới tác dụng của trọng lực mà còn bị va đập vào các tấm chắn do lực quán tính gây ra, nhờ đó mà kích thước buồng lắng được giảm nhỏ và hiệu quả lắng tăng cao

Ngoài loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều ngăn, ta còn thấy một số loại buồng lắng khác tận dụng lực quán tính của nhiều tác giả khác nhau sau đây:

Như ở hình 2.2a người ta sử dụng tấm chắn ở cửa gió vào để tạo ra sự thay đổi đột ngột chiều hướng chuyển động của dòng khí, nhờ đó bụi dễ tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống phễu chứa để giảm bớt tổn thất áp suất, người ta có thể thay tấm chắn bằng các ngoặt cong của các ống dẫn khí vào và dẫn khí ra như ở hình 2.2b

Hình 2.3: Thiết bị lắng bụi quán tính

a –có vách ngăn; b- với chỗ quay khí nhẵn; c- có chóp mở rộng; d- nhập khí ngang hông

Khí sạch

Khí sạch Khí

Buồng lắng có cấu tạo cho ở hình 2.2c, trong đó tốc độ lắng đọng của các hạt bụi khô được tăng cường bời dòng khí chuyển động thẳng đứng hướng xuống dưới Ống dẫn khí có dạng hình loa với mục đích giảm bớt vận tốc của dòng khí ở sát đáy buồng lắng để loại trừ khả năng làm cho bụi đã lắng đọng ở đáy phễu bị bốc ngược trở lên

2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính

Nguyên lý cơ bản: làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị

1 Thiết bị lọc quán tính Venturi:

Khi dòng chảy bị thu hẹp tiết diện thì bụi sẽ bị ép sát vào thành vật cản và lọt

vào các khe 2 để rơi vào bẩy bụi 3 tại đây dòng khí sẽ bị hất ngược trở lên rồi thoát

ra ngoài, còn bụi trong bẫy 3 thì rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị

2 Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong:

Dòng khí đi qua khe hở giữa các tấm chắn của dãy trước sẽ bị chặn lại bởi các tấm chắn của dãy đứng sau và do đ1o nó sẽ thay đổi hướng chuyển động theo các

gờ hình vòng cung của tấm chắn để đi tiếp đến các dãy tấm chắn tiếp theo Trong quá trình thay đổi hướng chuyển động, bụi sẽ bị giữ lại trong lòng máng và rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị tổn thất cột áp của dòng khí đi qua thiết bị vào khoảng 10 ÷25Pa

Hình 2.4: Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính Venturi

Hình 2.5: Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong

Xả bụi

Khí đã được lọc bụi

Khí mang bụi

Tấm lá sách

Hình 2.6: Thiết bị lọc bụi quá tính kiểu lá sách

3 Thiết bị lọc quán tính

kiểu lá sách:

Trong thiết bị này có đặt các

tấm chắn song song nhau và

chéo góc với hướng chuyển

động ban đầu của dòng khí Nhờ

sự thay đổi hướng chuyển động

Ưu điểm nổi bật của loại

thiết bị này là tổn thất áp suất rất

nhỏ

Loại thiết bị này thường

được sử dụng như một cấp lọc

thô đặt trước cấp lọc tinh khác

như xiclon, lọc túi vải v.v

2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM

2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu có cấu tạo khá đơn giản Thiết bị bao gồm một ống bao hình trụ bên ngoài 1, bên trong có lõi hình trụ hai đầu bịt tròn và thon 2 để đảm bảo chảy bọc được tốt Không khí mang bụi đi vào thiết bị được các cánh hướng dòng 3 tạo thành chuyển động xoáy Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao

và thoát ra khe hình vành khăn 4 để rơi vào nơi tập trung bụi

Bụi

Bụi

Khí sạch thoát ra Khí vào

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi kiểu nằm ngang

Không khí sạch theo ống loa 5 với cánh hướng dòng kết hợp với van điều chỉnh

6 thoát ra ngoài

Như vậy dòng khí đi từ đầu này ra đến đầu kia của thiết bị trên cùng một chiều

Do đó người ta còn gọi là thiết bị lọc ly tâm một chiều

Trên hình 2.7 là các dạng miệng, rãnh hoặc khe thoát bụi và khí sạch của thiết

bị lọc bụi ly tâm nằm ngang:

Tấm chắn hình vành khăn

Khí sạch Khí

sạch

Khí sạch

Hình 2.9: Sơ đồ đơn giản của thiết bị ly tâm nằm ngang

2

r - bán kính ống bao hình trụ bên ngoài (vỏ thiết bị), m

l- chiều dài làm việc của thiết bị, m

Ta gọi L là lưu lượng thể tích dòng không khí mang bụi đi vào thiết bị lọc, m3

2 exp( 2 2 2

Với y0 là tung độ ban đầu của hạt

bụi trên trục y tại mặt cắt đầu tiên của

y  0 với

L

r r n

2 1 2 2 2 2 3

)(

5.4

1

2 2 2 1 2 2 3 min

r

r l n r r

L b

nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc

bằng đường kính này sẽ bị giữ lại

hoàn toàn trong thiết bị lọc và do đó

người ta còn gọi là đường kính giới hạn của hạt bụi

Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị:

%1002 1 2 2

2 2 2 ) (

r r

r r

%1001

)exp(

1

2 1

2

) (

1

)exp(

1

2 2

) (

L

r r l n b

2 1 2 2 2 39

2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

1 Cấu tạo và nguyên lí làm việc

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

thường được gọi là xiclon có cấu tạo rất đa

dạng, nhưng về ngyuên tắc cơ bản thì bao

gồm các bộ phận ở hình:

Không khí mang bụi đi vào thiết bị

ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thân

hình trụ đứng 2 Phần dưới của thân hình

trụ có phiễu 3 và dưới cùng ống xả 4 Bên

trong hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp

cùng trục đứng với thân hình trụ

Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phương tiếp

tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy

ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và

khi chậm vào ống đáy hình phiễu, dòng

không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn

giữ được chuyển đông xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống 5 thoát ra ngoài

Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chậm vào

Hình 2.10: xiclon

đó, bất động năng và rơi xuống đáy phiễu Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để

xả bụi vào thùng chứa

Thông thường ở đáy phiễu có áp suất âm, do đó khi mở van 6 không khí bên ngoài sẽ bị hút vào xiclon từ dưới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắng động ở đáy phiễu bay ngược lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tác dụng của việc lọc bụi

Để tránh tình trạng trên người ta dùng van kép, trước khi xả bụi người ta đóng van 6a rồi mới mở van dưới 6b

ngang và do đó mọi công thức đã

rút ra được đối với thiết bị lọc ly

tâm nằm ngang đều áp dụng được

cho thiết bị ly tâm kiểu đứng -

xiclon

Điều khác biệt cần lưu ý ở

đây là trong công thức thay vì

cho chiều dài l ta dùng chiều cao

làm việc Hp của xiclon:

1

h H

Trong đó:

H - chiều cao thân hình trụ của xiclon, m

h1 - chiều cao ống dẫn vào, m

Vận tốc ban đầu vE của dòng không khí ở ống dẫn vào tại tiết diện a x b’:

'

b a

)17.0(

2

1 r r

Một số công thức tiêu biểu để xác định δo:

Hình 2.11: xiclon

2

r

y nv

y g E b





Lapple và cộng sự (1940):

E b

o

nv

r

)(

E b

o

nv

r r

)(

)(

8

3

r

r H

v

r

E b



Muchlrad (1954):

)1

1(32

3

2 4

2

f f

f r

nv

g r

o E b o

1

2ln3

E b o

nv

r r





 3 ( 2  1)Trong các công thức trên:

2.4 LƯỚI LỌC BỤI

2.4.1 Giới thiệu chung

Các đặc tính quan trọng của lưới lọc bụi là: hiệu quả lọc, sức cản khí động, thời gian của chu kì hoạt động trước khi thay mới hoặc hoàn nguyên

Quá trình lọc trong lưới lọc bụi có thể chia thành hai giai đọan:

Trong giai đọan đầu xảy ra quá trình giữ bụi trong lớp lưới sạch, trong lúc đó xem rằng sự thay đổi cấu trúc của lưới lọc do bụi bám và do các nguyên nhân khác

là không đáng kể Giai đọan này gọi là giai đọan ổn định, hiệu quả lọc và sức cản khí động của lưới lọc trong giai đọan này được xem như không thay đổi theo thời gian Giai đọan này thường rất ngắn ngủi

Giai đọan hai của quá trình lọc được gọi là giai đọan không ổn định do sự thay đổi cấu trúc của lớp lưới lọc bởi nhiều hạt bụi bị giữ lại trong đó, ảnh hưởng của độ

ẩm hoặc bởi các nguyên nhân khác làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc của lưới lọc thay đổi rõ rệt

Với lưới lọc bụi thì các hạt có đường kính từ 0.1 ÷0.5µm lọt qua lưới nhiều nhất, còn các hạt có kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn lại bị giữ lại Quá trình giữ bụi trong lưới lọc diễn ra trên cơ sở những hiện tượng sau đây: Khi dòng khí mang bụi đi qua lưới lọc, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra các tác động tương hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc Các tác động tương hỗ này phụ thuộc vào kích thước , vận tốc của hạt, loại vật liệu lọc cũng như sự có mặt của lực tĩnh điện, lực trọng trường…

Các dạng chính của tác động tương hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc là; va đập quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lọc:

 Ảnh hưởng của kích thước hạt bụi

Quá trình thu giữ trong lưới lọc phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt bụi Đối với hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 0.3µm thì hiện tượng khuếch tán đóng vai trò chủ yếu, còn bụi có kích thước lớn hơn thì hiện tượng tiếp xúc và va đập quán tính mới bắt đầu phát huy tác dụng

 Ảnh hưởng của vận tốc khí đi qua lưới lọc

Vận tốc lọc có ảnh hưởng trái ngược nhau đối với quá trình thu giữ bụi và do khuếch tán và do va đập quán tính

 Ảnh hưởng của đường kính sợi vật liệu lọc

Đường kính của sợi vật liệu lọc cũng có ảnh hưởng quyết định đối với quá trình thu giữ bụi do tất cả các tác động gây ra Ví dụ, hệ số lọt lưới đối với bụi có δ=0.65µm qua lưới lọc có cỡ sợi D=1µm nhỏ hơn 2000 lần so với lưới lọc có cỡ sợi D=50µm Vì vậy để chế tạo lưới lọc có hiệu quả cao người ta cố gắng sử dụng loại vật liệu sợi nhỏ nhất có thể có với độ bền cho phép

 Ảnh hưởng của độ lèn chặt (độ rỗng) của lưới lọc

Khi độ lèn chặt của vật liệu sợi trong lưới lọc tăng thì hiệu quả thu giữ bụi do các tác động va đập quán tính, va chạm tiếp xúc tăng cao đáng kể, trong khi đó hiệu quả do khuếch tán chỉ thay đổi ít

2.4.2 Các dạng khác nhau của lưới lọc bụi:

1 Lưới lọc kiểu tấm

Kết cấu của loại lưới lọc này rất đơn giản: gồm một khung hình vuông hoặc chữ nhật, hai mặt là tấm tôn đục lỗ và ở giữa xếp nhiều tấm lưới thép chồng lên nhau để tạo thành nhiều lỗ rỗng zíc zắc Ngoài lưới thép, vật liệu đệm có thể được thay thề bằng sợi kim loại rối, đệm xốp bằng sợi tổng hợp hoặc khâu sứ, khâu kim loại, khâu nhựa Bề dày của vật liệu trong tấm lưới lọc nằm trong khoảng 50 ÷ 100mm

Quá trình giữ bụi xảy ra trong lưới lọc kiểu tấm chủ yếu là dưới tác động của va đập quán tính Để cho bụi không bị cuốn theo dòng khí sau khi đã bám trên sợi lưới, người ta dùng dầu công nghiệp tẩm ướt toàn bộ lưới lọc ÷lúc đó ta có lưới lọc kiểu tấm tẩm dầu Ngoài tác dụng giữ bụi, dầu còn bảo vệ cho lưới lọc không bị han gỉ Sau thời gian sử dụng khoảng 50 ÷ 250h, khi bụi đã bám nhiều làm cho sức cản khí động của lưới lọc tăng quá mức cho phép, người ta làm sạch lưới lọc bằng cách rửa trong nước xà phòng, phun nước áp lực cao hoặc hút bụi Sau đó làm khô và tẩm dầu mới để dùng tiếp

Lưới lọc kiểu tấm thường được sử dụng để lọc bụi trong không khí thổi vào của

hệ thống thông gió, điều hoà không khí với nồng độ bụi ban đầu không quá 5mg/m3

2 Lưới lọc tẩm dầu tự rửa

Loại lưới lọc này bao gồm những tấm lọc bằng lưới thép treo trên guồng quay

để tuần tự nhúng các tấm lọc vào một thùng đựng dầu ở phía dưới của thiết bị, nhờ thế bụi đã bám vào các tấm lọc sẽ bị rã ra và lắng xuống đáy thùng dầu Định kỳ xả cặn trong thùng dầu và bổ sung dầu mới Tốc độ quay của guồng từ 1,8 ÷ 3,5 mm/ph, cũng có loại tốc độ quay nhanh hơn 1÷ 3 mm/s Năng suất lọc đạt từ 8000 ÷

10000 m3/m2h Sức cản khí động ≈100Pa Hiệu quả lọc đạt 96 ÷ 98%

Thiết bị lọc tự rửa được chế tạo thành đơn nguyên diện tích bề mặt làm việc khoảng 2 ÷ 2,5 m2 Để có diện tích bề mặt lọc cần thiết, người ta có thể ghép nhiều đơn nguyên lại với nhau

3 Lưới lọc kiểu rulô tự cuộn

Vật liệu sử dụng cho lưới lọc kiểu rulô tự cuộn là loại dạ thô, xốp, bề dày 50

mm (ở trạng thái tự do, không bị ép) Tấm vật liệu lọc dài 20 ÷30m được cuộn quanh một trục đặt trong hộp bên trên thiết bị lọc và đầu kia được cài vào trục quay

ở phía dưới của thiết bị Trục quay bên dưới được truyền động bằng động cơ

Tấm lọc được tựa trên dàn lưới thép căng vào khung của thiết bị tạo thành bề mặt lọc để dòng khí đi qua luôn luôn ép tấm lọc vào dàn lưới thép, làm cho tấm lọc không bị chùng hay bị xé rách

Trên lưới lọc bố trí đầu đo (cảm biến) chênh lệch áp suất giữa hai mặt của tấm lọc khi chênh lệch áp suất đạt đến giới hạn quy định, động cơ sẽ tự động quay và

cuộn đoạn tấm lọc đã hết khả năng làm việc để trải lên thiết bị một đoạn tấm lọc mới Cứ như vậy cho đến khi toàn bộ cuộc vật liệu lọc đã cuộn hết xuống trục dưới Lúc đó người ta thay cuộn vật liệu lọc khác

Lưới lọc có thể xem thuộc loại thiết bị lọc bụi cấp III, thường được sử dụng trong các hệ thống thông gió và điều hoà không khí một cách độc lập hoặc được sử dụng như cấp lọc thô trước các thiết bị lọc cấp II hoặc cấp I

4 Lưới lọc bằng túi vải hoặc ống tay áo

Lưới lọc bằng túi vải có thể liệt vào thiết bị lọc bụi cấp II với hiệu quả lọc có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng từ 10 ÷ 90% đối với cỡ hạt dưới micrômet

a Cấu tạo:

Lưới lọc bằng túi vải gồm

nhiều túi vải dệt từ các loại sợi

khác nhau như sợi len, gai, sợi

bông vải, sợi thuỷ tinh lồng

vào khung lưới thép để bảo vệ

Trong công nghiệp thường

dùng loại túi vải hình ống và

lắp vào một thiết bị hoàn chỉnh

có kèm các bộ phận cơ giới

hoặc bán cơ giới để giũ bụi và

được gọi là thiết bị lọc ống tay

kính ống tay áo hoặc lồng vào

khung và cố địng đầu trên vào

Sự rung lắc cơ học khi tái sinh có hiệu quả nhất đối với các túi vải theo hướng dọc, nhưng như vậy túi vải bị mòn mạnh, đặc biệt ở phần dưới Sự rung lắc cần phải ngắn và đột ngột nhưng không quá mạnh để tránhnhững lực cơ học lớn tác động vào vải

Công đoạn rung lắc các túi vải theo phương dọc như sau: nâng thanh treo lên 7

÷ 10 cm, sau đó cho rơi tự do từ độ cao này cùng với túi vải để gây xóc va đập Việc nâng và thả túi vải được lặp đi lặp lại 5 đến 15 lần phụ thuộc vào các tính chất của bụi Phương pháp tái sinh này khá hiệu quả và sử dụng cho các vải nặng Sự dao động các túi vải nằm ngang thường được sử dụng cho vải mỏng với bề mặt nhẵn Khi tiến hành tái sinh vải, lớp bụi lắng bám bên ngoài bị bong ra và rớt xuống phễu chứa bụi, nhưng bên trong vải vẫn còn lại một lượng lớn bụi nằm giữa các sợi

và bám trên xơ, do đó khi tái sử dụng thiết bị vẫn giữ được hiệu suất lọc cao

Thiết bị lọc được chế tạo thành nhiều đơn nguyên và lắp ghép nhiều đơn nguyên để thành một hệ thống có năng suất lọc đáp ứng yêu cầu Để hệ thống làm việc được liên tục, quá trình hoàn nguyên được tiến hành định kỳ và tuần tự cho từng đơn nguyên hoặc từng nhóm đơn nguyên trong lúc các đơn nguyên khác trong

hệ thống vẫn làm việc theo chu kì lọc bình thường Khí thổi ngược hay khí nén phụt

ra trong quá trình hoàn nguyên được dẫn sang các đơn nguyên khác của hệ thống để nhập vào với dòng khí cần lọc

Năng suất và hiệu quả lọc của thiết bị lọc túi vải hoặc ống tay áo phụ thuộc rất nhiều vào chất liệu vải lọc

c Tính toán:

Sức cản của thiết bị lọc không nên vượt quá 750 ÷ 1500 Pa và chỉ trong trường hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 2 ÷ 2.5 kPa Khi sức cản tăng cao có thể xảy ra hiện tượng như ống tay áo bị rách đường khâu, bị bật ra khỏi các mối liên kết với hộp thiết bị

Để tính một cách gần đúng diện tích bề mặt lọc yêu cầu, cần xác định lưu lượng tổng cộng của khí đi qua thiết bị lọc

Diện tích bề mặt lọc (bề mặt của tất cả các ồng tay áo) có thể xác định theo công thức:

2 2 2 1 2

q

L L S S

L2  ( 1 5  1 8 ) 2, 3/

q - năng suất lọc đơn vị của vải lọc, m3/m2.ph

Trị số q có thể nhận như sau tuỳ thuộc vào loại vải lọc:

Vải lọc Len hoặc vải bông

sợi Vải bằng sợi tổng hợp Vải bằng sợi thuỷ tinh Năng suất lọc đơn

2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN

2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên

lí làm việc

Thiết bị lọc bụi bằng điện gồm

một dây kim loại nhẵn tiết diện bé 1

được căn theo trục của ống kim loại

2 nhờ có đối trọng 3

Dây kim loại được cách điện

hoàn toàn với các bộ phận xung

quanh tại vị trí 4 và được nạp điện

một chiều với điện thế cao, khoảng

50000V trở lên Đó là cực âm của

thiết bị cực dương là ống kim loại

vao bọc xung quanh cực âm và

được nối đất dưới điện thế cao mà

dây kim loại được nạp, nó sẽ tạo ra

bên trong ống cực dương một điện

trường mạnh và khi dòng khí mang

bụi đi qua, những phân tử khí trong

dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền

điện tích âm (electron) cho hạt bụi

dưới các tác động va đập quán tính

và /hoặc khuếch tán ion Nhờ thế

các hạt bụi bị hút về phía cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất tích điện và rơi xuống phiễu chứa bụi 5

Ngoài loại thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, người ta còn có thể tạo cực dương hút bụi bằng các tấm bản đặt song song hai bên các dây cực âm và lúc đó ta

có thiết bị lọc bằng điện kiểu tấm bản

Bụi Khí bẩn

Khí sạch

1 2 3

Hình 2.13 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống

1- Điện cực lắng; 2- Điện cực quầng sáng; 3- Khung; 4- Bộ phận giũ bụi; 5- Cách điện