Bài giảng kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí phần 1

BÀI GIẢNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ BIÊN SOẠN : Th.s Phan Tuan Trieu 091.57.58.062 Tp HCM 02 - 2008 CHƯƠNG 1: KHÔNG KHÍ VÀ MÔI TRƯỜNG I - KHÁI NIỆM CHUNG: MÔI TRƯỜNG : tập hợp tất thành phần vật chất bao quanh vật có khả tác động đến tồn phát triển sinh vật, vật thể hay kiện Môi trường sống người tổng hợp yếu tố vật lý hóa học, kinh tế, xã hội bao quanh có ảnh hưởng tới sống phát triển cá nhân cộng đồng Môi trường sống loài người tất có diễn vũ trụ thái dương hệ Môi trường sống người chia theo mục đích nội dung nghiên cứu thành: -Môi trường thiên nhiên: bao gồm yếu tố thiên nhiên như: vật lý, hóa học (được gọi chung môi trường vật lý) sinh học tồn khách quan, chịu chi phối người -Môi trường xã hội: gồm mối quan hệ tương tác người người -Môi trường nhân tạo: gồm yếu tố vật lý, hóa học, xã hội người tạo chịu chi phối người Các thành phần môi trường tồn dạng vận động, chuyển hóa tự nhiên, diễn theo chu trình thường dạng cân Sự cân đảm bảo cho sống phát triển ổn định Khi bị cân xảy cố ,môi trường sống vận động tạo lập cân mới.Điều tác động tới người sinh vật phạm vi toàn cầu hay khu vực Trong môi trường thiên nhiên, trái đất phận ảnh hưởng trực tiếp rõ rệt tới người Về mặt vật lý trái đất phân chia thành: -Môi trường đất (Thạch quyển) bao gồm lớp đất sâu chừng 60 ÷ 80 km lục địa ÷ km đáy đại dương Thành phần hóa học tính chất vật lý tương đối ổn định có ảnh hưởng lớn đến sống -Môi trường nước (Thủy quyển) phần nước vỏ trái đất bao gồm biển - hồ sông - suối - nước ngầm băng tuyết -Khí (môi trường khí) lớp không khí bề mặt trái đất SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG tai biến hay rủi ro biến đổi bất thường thiên nhiên hay trình hoạt động người làm suy thoái môi trường nghiêm trọng Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG sụ biến đối môi trường theo hướng bất lợi cho sống người hệ sinh Mà ô nhiễm hoạt động người gây với quy mô, phương thức mức độ khác nhau, trực tiếp hay gián tiếp tác động làm thay đổi mô hình, thành phần hóa học, tính chất vật lý sinh học môi trường Bụi: tổng phần tử chất rắn khuếch tán không khí bị vào, bị tung vào ( ví dụ mài, đổ đất cát…) Tùy theo chất hóa học kích thước mà hạt bụi tồn lâu không khí hay bị hắt khỏi dòng không khí Thông thường, hạt bụi có kích thước ≤ 10 μm khuếch tán không khí theo chuyển động Brao hay lắng với vận tốc xuống đất nên gọi bụi bay, bụi lơ lửng… hạt có kích thước > 10 μm lắng có gia tốc không khí nên gọi bụi lắng Những hạt bụi cực nhỏ bắt nguồn từ ngưng kết vật liệu hay bay lên từ phán ửng hóa học gọi fumes (mù) -SƯƠNG: tổng hợp giọt chất lỏng phân tán không khí ngưng chất lỏng hay chất lỏng bị phun, bị vào không khí -KHÓI: bao gồm hạt vô nhỏ cácbon hay mồ hóng, hình thành trình cháy không hết nhiên liệu dầu mỏ, than cốc… khói chứa giọt hạt khô -HƠI: dạng khí từ chất mà bình thường chúng dạng rắn hay lỏng Chúng hòa trôn hoàn toàn với không khí trở thành hỗn hợp gây nổ -KHÍ: lànhững chất dạng khí hòa trộn vào không khí Chúng trở trạng thái rắn hay lỏng điều kiện nhiệt độ áp suất -Phần tử sống: tổng hợp thể sống phân tán không khí vi khuẩn, bào tử nấm… II KHÔNG KHÍ: Nhân loại hàng ngày sống làm việc bầu không khí bao quanh Do luôn có tác động qua lại bầu không khí người ví dụ như: trao đổi Oxy Cacbonic; trao đổi nhiệt; làm phát sinh bụi độc … Thành phần hóa học: Không khí tự nhiên hỗn hợp bao gồm thành phần hóa học sau: Bảng 1-1: Thành phần hóa học không khí khô: Ni tơ 78,09% Ô xy 20,94% Agon 0,93% Cac bô nic 0.032% Nê ông 18 ppm Hê li 5,2 ppm Mê tan 1,3 ppm Kripton 1,0 ppm Hyđro 0,5 ppm CO 0,1 ppm Hơi nước Hỗn hợp không khí khô nước tạo thành không khí ẩm Thông số vật lý không khí ẩm: a Nhiệt độ: thông số mức độ nóng lạnh không khí Nó đo nhiệt kế biểu thị đơn vị đo thường gặp độ bách phân độ 0F tính toán kỹ thuật, tính độ tuyệt đối 0K Nhiệt độ không khí xung quanh biến thiên liên tục theo thời gian thay đổi yếu tố khí hậu hoạt động người Đây thông số đo ghi nhận liên tục trạm quan trắc khí tượng Cần nhận biết vài loại nhiệt độ sau: -Nhiệt độ khô không khí nhiệt độ đo nhiệt kế đặt trực tiếp không khí có che chắn kỹ khỏi nguồn xạ -Nhiệt độ ướt không khí ẩm nhiệt độ đo nhiệt kế có bầu bao quanh lớp gạc mỏng tẩm ướt nước -Nhiệt độ xạ nhiệt độ đo nhiệt kế mà bầu đặt tâm cầu kín đồng nhuộm đen mặt Còn gọi nhiệt kế cầu đen b Độ ẩm: -Độ ẩm tuyệt đối: thông số lượng nước m3 không khí Nó đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí phân áp suất nước Pn (mm Hg) 1058 × Pn (1) t 1+ 273 Trong : f – Độ ẩm tuyệt đối g/m3 t- nhiệt độ khối không khí 0C -Dung ẩm: trọng lượng nước chứa khối không khí có phần khô W d= g / kg G (2) P P d = 623× n = 623× n g / kg Pk P − PK G = kg Trọng lượng khối khí khô = kg f = kg W- lượng ẩm g Pn- Áp suất riêng phần nước không khí ẩm Pk- Áp suất riêng phần không khí khô không khí ẩm P = Pn + Pk - Áp suất khí vị trí khảo sát -Độ ẩm tương đối: Không khí ẩm điều kiện định áp suất nhiệt độ chứa tối đa lượng ẩm định Khi lượng đó, nước ngưng tụ thành giọt Đó trạng thái bảo hòa nước không khí ẩm Trong áp suất, ứng với nhiệt độ, ta có áp suất riêng phần bão hòa nước khối không khí ẩm Độ ẩm tương đối không khí ẩm tỷ lệ áp suất riêng phần nước khí ẩm áp suất riêng phần nước khối khí bão hòa nhiệt độ ϕ = 100 × Pn Pnbh % (3) Ta có mối quan hệ dung ẩm độ ẩm tương đối d = 623x ϕ × Pnbh g/kg P − Pnbh (4) c Trọng lượng riêng không khí ẩm: trọng lượng khối khí ẩm tích đơn vị γ ka = γ kk − 0,176 × ϕ × Pnbh (5) Kg/m3 273 + t Trong : γkk Trọng lượng riêng không khí khô Qua ta thấy rằng: nhiệt độ áp suất trọng lượng riêng không khí ẩm nhỏ trọng lượng riêng không khí khô P (6) kg/m3 273 + t d Nhiệt dung không khí ẩm: lượng nhiệt chứa khối khí ẩm có phần khô kg γ kk = 0,465 × I = 0,236 × t + (597,3 + 0,44 × t ) × d 1000 Kcal/kg (7) Biểu đồ I-d hay tk tu không khí ẩm: Trên H-1 biểu đồ I-d không khí ẩm áp suất khí 760 mm Hg Biểu đồ biểu thị quan hệ thông số không khí ẩm : t , d , I , Phn , ϕ Trên biểu đồ có họ đường: Đường đẳng nhiệt độ t=const Đường đoạn nhiệt I=const Đường đẳng dung ẩm d=const Không đường bão hoà nước ϕ=100% d g/kg t oC H-1: Biểu đồ I-d không khí ẩm trình biến đổi trang thái không khí Trên hình vẽ H-1 biểu diễn trình biến đổi trạng thái không khí theo chiều hướng : AB-làm mát đoạn nhiệt AC-Sấy nóng đoạn nhiệt AD- làm lạnh đẳng dung ẩm AE-Sấy nóng đẳng dung ẩm Góc I – Làm nóng+làm ẩm Góc II – Làm lạnh + làm ẩm Góc III – Làm lạnh + làm khô Góc IV – Làm nóng + làm ẩm tu – nhiệt độ đoạn nhiệt ts – Nhiệt độ điểm sương III KHÍ QUYỂN VÀ CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU: A Khí quyển: Bầu không khí bao quanh trái đất gọi khí Nó có chiều dày ước khỏang 120 ÷ 140 km lên cao không khí loãng Có thể chia khí làm tầng theo chiều cao: -Sát mặt đất tầng đối lưu có chiều cao khoảng 10 ÷ 12 km giới hạn phạm vi tượng thời tiết mây, mưa, bão, gió … -Tầng bình lưu nằm tầng đối lưu, có giới hạn độ cao khoảng 50 km -Tầng trung gian nằm tầng bình lưu giới hạn độ cao khoảng 90 km -Tầng nhiệt nằm tầng điện ly lớp Hình H-2 cho thấy biến thiên nhiệt độ dọc theo chiều cao khí Một đặc điểm bầu khí khả ngăn cản cho qua khác loại tia xạ mặt trời Trên hình H-3 cho thấy tia xạ mặt trời có bước sóng từ tia gamma 10-7 μm tới xạ Radio 108 μm có nhóm nhỏ tia tử ngoại, toàn ánh sáng nhìn thấy phần tia tử ngoại tới trái đất Trên vùng xạ Radio có khoảng hẹp tia xuyên qua tới mặt đất Số lượng lớn tia xạ mặt trời bị hấp thu, phản xạ tầng điện ly phần tầng bình lưu H-2: Biến thiên nhiệt độ theo độ cao khí H-3: Đặc tính khí với xuyên suốt tia vũ trụ B.Các yếu tố khí hậu: 1-Mặt trời xạ mặt trời: Mặt trời khối khí nóng khổng lồ có nhiệt độ khoảng 6.0000K phát lượng xung quanh dạng tia xạ dải sóng khác Trong thái dương hệ, mặt trời xem đứng yên trái đất quay quanh mặt trời với chu kỳ vòng năm Song song đó, trái đất tự quay quanh trục với chu kỳ ngày vòng Trục trái đất nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo góc 66033' Điều khiến cho lượng xạ mặt trời chiếu tới trái đất không theo chu kỳ thời gian ngày năm.Gọi góc tia mặt trời mặt phẳng xích đạo góc xích độ δ góc δ thay đổi từ 2302 Bắc tới 2302 Nam theo chu kỳ năm ứng với vị trí trái đất đường hoàng đạo Chúng ta coi ngày góc δ = ngày xuân phân thu phân ngày có góc δ = 2302 Bắc ngày hạ chí δ = 2302 Nam ngày đông chí Từ điểm nam bán cầu hai ngày hạ chí đông chí đổi vị trí cho Do thời điểm ngày năm, góc tia xạ mặt trời với mặt phẳng ngang khác khoảng cách từ điểm tới mặt trời khác nên lượng xạ mặt trời liên tục có thay đổi Người ta thường đo xạ mặt trời thông qua đơn vị cường độ xạ mặt trời Cường độ xạ mặt trời lượng xạ gửi tới đơn vị diện tích đơn vị thời gian Thường dùng Kcal/cm2 hay Wat/m2 Bức xạ mặt trời chiếu tới trái đất có bước sóng khoảng λ = 0,17 tới μm, tập trung khoảng từ 0,4 ÷ μm 50% lượng nằm phổ ánh sáng nhìn thấy ( 0,38 ÷ 0,76 μm); 43% phổ hồng ngoại (< 0,76 μm) lại phổ tử ngoại Trong trình xuyên qua khí quyển, phần lượng tia xạ mặt trời bị chất khí hấp thụ, phần khác bị mây phản xạ Phần lượng bị khí hấp thu phát xạ thứ cấp, xạ với phần phản xạ mây chiếu xuống trái đất tạo thành tán xạ bầu trời Phần xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất gọi trực xạ Do tổng lượng xạ mặt trời chiếu xuống trái đất I tổng thành phần: trực xạ S tán xạ D I=S+D (8) Tổng lượng xạ mặt trời thông số trạm quan trắc khí tượng đo thường xuyên liên tục mặt phẳng ngang song song với mặt đất Nước việt nam nằm trải dài từ 22022' Bắc tới 8020' Bắc nằm gọn nội chí tuyến Bắc nên nước có số nắng ngày cao; ngắn 10h30' dài 11h30' Càng vào phía nam độ dài ngày kéo dài Trên miền năm có lần mặt trời qua thiên đỉnh, tia nắng gần chiếu thẳng góc với mặt đất Cường độ xạ mặt trời cao đạt tới 1,6 ÷ 1,8 Calo/cm2 phút Lượng tán xạ lớn, chiếm tới 50% tổng xạ mặt trời Nguyên nhân trời mây nhiều độ ẩm cao Chỉ ngày trời xanh lượng tán xạ giảm xuống 30 ÷ 40 % - Gió: Gió hệ hoạt động tương tác qua lại tâm cao áp thấp áp bầu khí Các khối không khí dịch chuyển từ tâm cao áp sang tâm thấp áp tạo thành gió Tùy thuộc vào địa hình nhiệt độ vùng qua mà gió có mang hay không mang theo mây, mưa dông Gió biểu thị đặc trưng bản: -Hướng gió: chia thành 16 hướng từ hướng bản: Đông, tây, Nam, Bắc -Tốc độ chuyển động: theo vận tốc chia thành cấp -Tần suất tỷ số số lần xuất gió hướng với số liệu toàn quan trắc Bảng 1-1: Phân cấp gió Cấp gió Hiện tượng nhận biết Tốc độ Tốc độ km/h m/s Cấp Lặng gió, vật mặt đất đứng yên 105 >29,2 Trở lên -Người ta quan trắc gió trạm khí tượng thể Hoa Gió theo thời kỳ hay theo mùa Chữ số vòng tần suất lặng gió Chiều dài hướng tần suất hướng Có thể có thêm cánh đuôi hướng với qui ước đuôi = 1m/s chĩ tốc độ trung bình hướng khoảng thời gian quan trắc -Thông thường gió đổi hường theo mùa biến đổi tốc độ theo thời gian ngày Ban đêm, gió gần mặt đất có tốc độ nhỏ tăng dần mặt trời mọc lớn vào buổi trưa sau giảm dần Chỉ ngày nhiều gió ngày có trời mây u ám gió biến đổi Bảng 1-2: Số liệu gió trạm TÂN SƠN NHẤT - trung bình năm: B ĐB Đ ĐN TS lặng gió % TS V TS V TS V TS V 11,2 12,8 2,6 9,6 2,2 11,7 2,6 17,4 2,2 N TN T TB TS V TS V TS V TS V 12,6 3,8 13,2 16,7 5,9 2,8 TS- tần suất gió theo hướng % V – Tốc độ trung bình hướng m/s CHƯƠNG II MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ - NGUỒN THẢI – CHẤT Ô NHIỄM TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG I- CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM MTKK VÀ TÁC HẠI: 1/- Ôxit lưu huỳnh: Trong hai loại oxýt lưu huỳnh sunfurơ SO2 đáng quan tâm có số lượng lớn nhiều so với anhyđric sunfuric: SO3 Hai loại khí sinh nhiều đốt than đá sản phẩm dầu mỏ có chứa lưu huỳnh SO2 chất khí không màu, có vị hăng cay khí nồng độ 1ppm Khi khuếch tán khí quyển, SO2 bị oxi hóa thành SO3 hay muối sunfat, chúng tách khỏi không khí rơi xuống mặt đất theo nước mưa Đây nguyên nhân gây trận mưa acide phá hoại thảm thực vật mặt đất gần khu công nghiệp Khi người hít phải khí có nồng độ SOx cao, SOx hòa tan nước bọt miệng, dịch màng phổi, tạo thành acide kích thích hệ hô hấp, gây tổn thương niêm mạc quan hô hấp, tạo chứng bệnh đường hô hấp Các giọt nước mưa hòa tan SOx tạo loại acide làm hư hỏng mùa màng, hư hỏng công trình xây dựng hòa tan CaCO3 kết cấu xây dựng SOx nguyên nhân gây ô nhiễm loại YOKKAICHI.( Tháng 6/1963 thành phố YOKAICHI bị ô nhiễm nặng bụi , khí SOx , H2S làm số bệnh nhân bị ngộp thở , đau nhói ngực tăng cao bất bình thường) 2/-Dioxit cacbon: Cacbonic sinh hô hấp động vật, đốt nhiên liệu hoạt động núi lửa Khi khuếch tán khí quyển, phần CO2 thực vật nước biển hấp thu, phần nhỏ theo nước mưa rơi xuống đất phần lại tồn khí Khi nồng độ cacbonic qua cao gây ảnh hưởng cho môi trường Hiện CO2 xem nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng nhiệt độ không khí trái đất 3/- Cacbon oxit CO: CO sinh trình cháy không hoàn toàn nhiên liệu gốc cacbon than, củi, dầu, khí đốt…CO khí không màu, không mùi, không khí CO bị oxi hóa chậm thành CO2 CO có khả hòa tan vào nước mưa rơi xuống đất Sự nguy hại chủ yếu CO cho người động vật CO có lực mạnh với hồng cầu máu dẫn tới tai biến gây tử vong thiếu ô xy máu Hỗn hợp CO không khí nồng độ giới hạn trở thành hỗn hợp cháy nổ.CO loại khí đặc biệt nguy hiểm cho thiết bị lọc bụi tĩnh điện lọc khói lò nung hay khí thải lò đốt tích lũy không gian kín 4/-NOx: Oxýt Nitơ có nhiều loại thường gặp NO NO2 Chất khí hình thành Nitơ oxy không khí kết hợp với điều kiện nhiệt độ cao Do thường thấy khu công nghiệp đô thị lớn Trong khí quyển, NO2 kết hợp với gốc OH không khí để tạo thành HNO3 Khi trời mưa NO2 phân tử HNO3 theo nước mưa rơi xuống đất làm giảm độ PH nước mưa NOx CO2 nguyên nhân gây tượng ô nhiễm kiểu los angeles: Là kiểu ô nhiễm đặc trưng khói thải xe gây với cường độ lớn gặp lúc thời tiết không thuận lợi cho việc khuếch tán rửa chất ô nhiễm không khí.(Mùa hè năm 1951 400 người chết , nhiều ngàn người ngứa mắt không khí ô nhiễm khói xe thải tích tụ đường phố gặp thời tiết không thuận lợi cho khuyếch tán chất ô nhiễm.) Con người tiếp xúc lâu với NO2 0.06 ppm gia tăng bệnh đường hô hấp Người ta nhận biết mùi NO2 không khí có chứa NO2 với nồng độ lớn 0.12 ppm Với nồng độ ppm, NO2 gây tác hại cho máy hô hấp sau vài phút nồng độ từ 1.5 đến 50 ppm NO2 gây nguy hại cho tim phổI vài 5/-Clo HCl: Clo HCl có nhiều xung quanh nhà máy hóa chất đặc biệt phân xưởng sản xuất NaOH cách điện phân muối ăn NaCl Clo thấy nhà máy sản xuất nhựa tái sinh , lò đốt rác thải có chứa chất dẻo Do Clo dễ hòa tan vào nước nên thường gây kích thích cho vùng đường hô hấp nồng độ Clo không khí cao Khi tiếp xúc với Clo nồng độ cao, người thường xanh xao, vàng vạch, nhiều bệnh tật, cối chậm phát triển hay dễ chết Trên tầng cao khí quyển, gốc Clo hợp chất FREON giải phóng làm tan rã phân tử khí ô-dôn O3 , làm thủng lớp vỏ ô-dôn bảo vệ trái đất khỏi xạ tử ngoại 6/-Chì: Chì dùng nhiều công nghiệp, người ta biết tới 150 nghề 400 trình công nghệ có sử dụng chì Chì độc cho người động vật Chỉ với nồng độ 0.182 mg/lít không khí, đủ gây ngộ độc chì dẫn đến chết xúc vật sau 18h tiếp xúc Chì không khí dạng bụi nhỏ trình sản xuất gây 7/-Hyđrô cacbon: Là tên gọi chung hợp chất hợp thành từ hyđrô cacbon Hyđrô cacbon không khí có nguồn gốc từ thiên nhiên trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ, mêtan, etylen,… Trong không khí thành phố khu công nghiệp, hyđrô cacbon có không khí khí thải lò đốt sản phẩm dầu mỏ, khí thải động nổ, bay sản phẩm dầu mỏ trình vận chuyển, tồn trữ sử dụng Các loại thường gặp etylen, benden, xilen, toluen… Tuỳ thuộc vào chất hoá học.HC tác hại khác tới người , gia súc thực vật môi trường có chứa HC 8/-Bụi: Những hạt bụi có kích thước nhỏ 0,1μm không lưu lại hệ thống hô hấp người Loại từ đến 5μm bám dính vào phế nang phổi Loại lớn 5μm đọng lại phần hệ hô hấp Tùy theo chất hóa học bụi có tác hại gây bệnh khác Thường ta gặp nhóm: +Bụi gây nhiễm độc (chì, thủy ngân) +Bụi gây dị ứng (bụi gai, phấn hoa, lông thú vật,…) +Bụi gây nhiễm trùng +Bụi gây xơ phổi: bụi than, aniăng, silíc,… Bụi gây tác hại tới máy móc, thiết bị, tăng độ hao mòn, tăng tốc độ ăn mòn kim loại không khí II- CÁC LOẠI NGUỒN THẢI CHẤT GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÍ: A.Nguồn thải công nghiệp: Nền công nghiệp nước ta phát triển tạo nhiều sản phẩm hàng hóa cho xã hội Các khu công nghiệp, nhà máy mọc lên với số lượng nhiều, qui mô lớn làm thay đổi mặt xã hội theo hai chiều tích cực tiêu cực, phải kể đến vấn đề ô nhiễm môi trường Hoạt động công nghiệp tăng cao kéo theo việc tăng chất thải vào môi trường khí Khi lượng chất thải đủ nhiều để phá vỡ chu trình cân vật chất môi trường, làm cho môi trường bị ô nhiễm Nguồn thải gây ô nhiễm ngành công nghiệp gồm: a.Công nghiệp lượng: Công nghiệp lượng gồm ngành chính: Điện - Than - Dầu khí Ngành điện: ngành điện nước ta có cấu nhà máy phát điện là: - Thủy điện 66% ngành không gây ô nhiễm môi trường khí tiềm ẩn khả biến đổi môi trường - sinh thái vùng hồ chứa nước thủy vực vùng hạ lưu -Nhiệt điện: 21% -Tuabin khí điezen: 13% Các nhà máy nhiệt điện dùng than làm nhiên liệu có lượng tiêu hao than từ 0,4 ÷ 0,8 kg/kwh Nguồn cung cấp than mỏ than vùng đông bắc Theo TS Phạm Ngọc Đăng: năm 1993 nhà máy tiêu thụ gần 480.000 than thải khí 6.713 khí SO2; 2.724 NOx; 277,9 × 103 CO2 1491 bụi Đây nguồn gây ô nhiễm lớn việc khắc phục khó khăn tốn Các nhà máy dùng dầu F.O làm nhiên liệu chủ yếu tập trung phía nam Thủ đức - Cần thơ - Hiệp phước Nguồn khí thải chủ yếu CO SOx dầu F.O hàm lượng lưu huỳnh cao (tới 3%) Với nhà máy dùng khí làm nhiên liệu nguồn gây ô nhiễm không khí CO2, NO2 Ngành khai thác than: Ngành khai thác than có nguy trực tiếp gây ô nhiễm không khí, có có nguồn phát sinh bụi từ tuyến vận chuyển, phân loại than mà Ngành tiềm ẩn khả làm biến đổi môi trường - sinh thái vùng khai thác cối bị triệt phá, đất đá bị đào xới… Ngành khai thác dầu khí: Nguồn phát thải chất ô nhiễm việc đốt bỏ khí đồng hành cố dò rỉ khí đốt tuyến vận chuyển, sử dụng b.Công nghiệp hóa chất: 1.Hóa chất bản: có nhà máy sản xuất hóa chất lớn , khu vực phía nam Nhưng có số nhà máy công nghiệp khác có theo dây chuyền sản xuất hóa chất xút - clo sở điện phân muối ăn Tại sở này, Clo thải bỏ tự vào không khí nguy gây ô nhiễm môi trường Tùy theo dạng sản phẩm làm mà sở sản xuất hóa chất có chất thải làm ô nhiễm môi trường khí Ví dụ: SO2 từ công nghệ sản xuất acide sunfuric; clo từ công nghệ điện phân muối ăn Phân hóa học: nguồn ô nhiễm lớn nhà máy phân hóa học bụi, sau SO2 fluo dây chuyền sản xuất super lân, hay NH3, CO2 sản xuất phân đạm Thuốc trừ sâu: nhà máy thuốc trừ sâu nước ta có hai dạng thuốc trừ sâu dạng lỏng rắn Ở nhóm clo hữu lân hữu loại có độc tính cao Trong trình pha chế, đóng gói thành phẩm, có thuốc trừ sâu bay vào không khí gây ô nhiễm môi trường khí Ngoài phải kể tới bụi dây chuyền sản xuất thuốc bột 10 có lượng bụi thu màng lọc từ biết nồng độ bụi ống thải Khi khí thải có nhiệt độ cao, người ta phải dùng loại màng lọc vật liệu đặc biệt phương pháp khác Hình 2: Hình dạng đầu lấy mẫu bụi ống ảnh hưởng tốc độ lấy mẫu tới kết ƒ Bộ lọc hạt nước thiết bị bảo vệ phần tử hệ thống tránh bị tác động xấu nước ngưng hệ thống đo đạc khí thải lò đốt Nó không cần thiết đo dòng khí thải có nhiệt độ độ ẩm không cao, ống thải khí hệ thồng hút bụi ƒ Lưu lượng kế thiết bị cần thiết để báo điều chỉnh lưu lượng khí hút hệ thống đầu vào lưu lượng kế thường gắn liền với van điều chỉnh lưu lượng khí ƒ Máy hút khí máy hút không khí thông thường có đủ lưu lượng áp suất hút yêu cầu cho hệ thống ƒ Ngoài thiết bị kể trên, tiến hành đo, người ta phải có thêm nhiệt kế để đo nhiệt độ dòng khí đồng hồ bấm thời gian hay timer tự đóng ngắt hệ thống đo để định lượng lượng khí thải hút Nơi lấy mẫu bụi ống thải cần chọn mặt cắt có dòng chảy toàn mặt cắt ngang để đảm bảo nồng độ bụi đồng điểm Mặt cắt thường có vị trí khoảng 2/3 chiều dài đoạn ống thẳng, đứng, nằm chi tiết cút, đổi tiết diện hay chạc ba… khoảng cách 8~10 lần đường kính ống Trước đo đạc nồng độ bụi ống thải, thiết phải biết tốc độ dòng khí mặt cắt muốn đo đạc cách đo đạc hay tính từ lưu lượng hệ thống biết Đây yếu tố có tính định tới kết đo đạc muốn có kết thực tế tốc độ dòng khí vào đầu ống lấy mẫu bụi phải vừa với tốc độ dòng khí bên (được gọi chế độ đẳng tốc) Ở chế độ đẳng tốc đó, hạt bụi không bị đổi hướng di chuyển qua mặt cắt có đầu ống lấy mẫu Nếu tốc độ đầu ống lấy mẫu nhỏ tốc độ bên sinh tượng rẽ dòng khí trước đầu ống lấy mẫu bụi Hiện tượng làm giảm số hạt bụi vào đầu ống lấy mẫu Trong trường hợp ngược lại, tốc độ đầu ống lấy mẫu lớn tốc độ bên sinh tượng thu dòng khí trước đầu ống lấy mẫu bụi Hiện tượng làm tăng số hạt bụi vào đầu ống lấy mẫu Những tượng làm sai lạc kết đo đạc Lưu lượng khí lấy mẫu đo lưu tốc kế tính sau: L = v × f × 60000 Trong đó: L – Lưu lượng lấy mẫu (lít / phút) 18 l/ph v – Tốc độ dòng khí tronbg ống ( m /s) f – Tiết diện ngang đầu lấy mẫu (m2 ) Ví dụ: Ống khói có đường kính D=320 mm Thải khói có lưu lượng L=3.500 m3/h Tính lưu lượng lấy mẫu sau: Tốc độ khí ống khói: 3500 = 12,1 m/s 0,32 × π 3600 × Với đường kính đầu lấy mẫu d = 10 mm, Lưu lương khí lấy mẫu cần thiết là: v= π × 0,012 l = 12,1 × × 60 000 = 57 l/ph Chú ý: Lượng khí lấy mẫu 4không phải lượng khí đưa vào công thức tính nồng độ bụi khác biệt nhiệt độ Khi tính nồng độ bụi phải thêm vào hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ khí thải chế độ đo đạc khác 0oC Sơ đồ khối quy trình đo đạc hình vẽ sau Giấy lọc Sấy khô Ống thải Đầu lấy mẫu Để nguội Cân Bộ lọc hạt bụi Sấy khô Để nguội Bộ tách hạt nước Cân Van Lưu lượng kế H Máy hút khí : Sơ đồ khối đo nồng độ bụi ống thải Đo nồng độ khí độc ống thải: Các chất ô nhiễm dạng khí khuyếch tán tốt không khí nên di chuyển ống thải, nồng độ chất ô nhiễm đồng toàn không gian ống thải Vì thế, việc đo đạc nồng độ chất ô nhiễm ống thải tương tự đo môi trường không khí xung quanh Vị trí lấy mẫu nên mặt cắt ngang ống có dòng chảy đặn, Đầu lấy mẫu có hướng lấy mẫu tốc độ Lưu lượng khí lấy mẫu phải tuân thủ 19 thường quy kỹ thuật chuyên ngành Đặc biệt đo khí có nồng độ cao phải qua hấp thu nhiều bậc để có giá trị đo gần với thực tế Ống thải Đầu lấy mẫu Dung dịch hấp phụ Bộ hấp thu khí Bộ hấp thu khí Bộ hấp thu khí Xử lý mẫu Van Máy so màu Lưu lượng kế Máy hút khí H 3: Sơ đồ khối đo nồng độ khí độc ống thải 20 CHƯƠNG III KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ I- CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ: Theo định luật bảo toàn vật chất vật chất biến đổi từ dạng sang dạng khác, di chuyển từ nơi sang nơi khác không tự sinh hay Giả thiết ta có khu vực nghiên cứu có giới hạn đó, ví dụ không khí phòng hay không khí khu đô thị… Một chất theo dòng không khí vào khu vực nghiên cứu xảy tình huống: -Bị tiêu hủy không gian (biến thành chất khác) -Tích lũy lại không gian mà không thay đổi tính chất -Đi khỏi khu vực nghiên cứu mà không thay đổi tính chất Tuân theo quy luật bảo toàn vật chất ta có: Lượng vào = lượng chất tiêu hủy + lượng chất tích lũy + lượng chất Trong tự nhiên, chất tuân thủ trình Do vậy, có trường hợp sau: A-Hệ thống bảo toàn vật chất ổn định: Đây trường hợp đơn giản Không gian nghiên cứu không xảy trường hợp tiêu hủy hay tích tụ chất ô nhiễm Khi ta có: Lượng chất vào = lượng chất (16) Trường hợp xảy trường hợp hệ thống nghiên cứu hay có khả tích lũy hay tiêu hủy chất ô nhiễm nhỏ không đáng kể -VD: không gian phòng A thông với phòng kế bên B C Không khí vào phòng A từ phòng B với lưu lượng LB nồng độ CO2 CB không khí từ phòng C với lưu lượng Lc nồng độ CO2 Cc Không khí từ phòng A quạt hút thải ngòai Vậy lượng khí phải hút nồng độ CO2 khí thải ? Nếu thừa nhận hệ thống bảo toàn ổn định nghĩa là: lưu lượng không khí lượng CO2 khỏi phòng A phải lượng vào Do vậy: L = LB + L c LxC = LBxCB + LcxCc C = L B × CB + L C×C C L (17) B-Hệ thống vật chất ổn định không bảo toàn: Trên thực tế, chất ô nhiễm phát tán không khí thường tham gia phản ứng hóa học, sinh học nên lượng vật chất không bảo toàn trình phát tán Khi biểu thức hệ thống phải là: Lượng vào = Lượng + Lượng bị tiêu hủy Nếu cho chất ô nhiễm phân bố đồng không gian nghiên cứu lượng chất bị tiêu hủy tỷ lệ với lượng chất ô nhiễm có không gian nghiên cứu, ta viết sau: Lượng bị tiêu hủy = K.C.V (18) Với: K- hệ số tiêu hủy chất ô nhiễm mang dấu âm (-) C- nồng độ chất ô nhiễm không gian xét V- thể tích không gian xét Xét biến thiên lượng chất ô nhiễm theo thời gian, ta viết phương trình vi phân: dC = −K × C (19) dt 21 Giải phương trình vi phân , ta có : (20) C = CO × e kt Trong đó: Co-Nồng độ chất ô nhiễm thời điểm bắt đầu xét t = Phương trình biến thiên nồng độ theo thời gian cho ta thấy : Nồng độ chất ô nhiễm không thời gian kéo dài vô tận C→ t→ ∝ Kết biểu thức toán học hệ thống ổn định không bảo toàn là: Lượng nhiễm vào = Lượng ô nhiễm + K.C.V -VD: phòng hút thuốc tích 500m3 có lượng thải khí formaldehyde (HCHO) từ khói thuốc 140mg/h Phòng thông gió với lưu lượng 1000m3/h Hay xác định nồng độ formaldehyde không khí cho hệ số chuyển đổi formaldehyde thành CO2 0.4 h-1 Giả thiết nồng độ formaldehyde đồng phòng nồng độ khí khỏi phòng C Ta viết biểu thức toán cho hệ thống sau: Lượng vào = lượng + K.C.V 140 = 1000 x C + 0.4 x 500 x C 140 = 1200 x C → C = 0.117 mg/m3 C-Hệ thống không bảo toàn vật chất không ổn định: Trong thực tế gặp nhiều mô hình điều kiện không ổn định, tức có lưu tồn chất ô nhiễm không gian xét Bản thân phát thải chất ô nhiễm lượng không khí qua không gian xét liên tục biến đổi theo thời gian Trong trường hợp đó, người ta tìm cách đơn giản toán để giải Mô hình toán hệ thống có dạng là: Lượng vào = Lượng + Lượng lưu tồn + Lượng phân hủy II- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN: A/Các yếu tố khí hậu : 1-Ảnh hưởng gió: Gió gây dòng chảy rối không khí lớp sát mặt đất Nhờ có gió chất ô nhiễm khuếch tán rộng làm cho nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống nhiều so với ban đầu Gió nhân tố đặc biệt quan trọng việc khuếch tán bụi hóa chất nặng không khí Gió khuếch tán chất ô nhiễm, làm giảm nồng độ ban đầu thường gây dòng chảy rối không khí sát mặt đất Khác với dòng chảy tầng xuất gió yếu, dòng chảy rối không khí đặc trưng việc xáo trộn phần tử khí lớp sát cạnh Do xáo trộn này, phần tử chất ô nhiễm nhanh chóng di chuyển sang lớp không khí lân cận Kết khuếch tán chất ô nhiễm mạnh mẽ hơn, hiệu Phải ghi nhận gió luôn có xu hướng thay đổi chiều thổi tới tốc độ thổi Mặc dù có thống kê theo dõi chặt chẽ cho phép xác định giá trị phương hướng tức thời tần suất cấp gió hướng gió.Việc xem xét hướng gió nhằm phục vụ cho mục đích quy hoạch vị trí nguồn thải, cố tránh cho nguồn thải chất ô nhiễm đứng đầu hướng gió chủ đạo khu dân cư, công trình quan trọng 2- Độ ẩm mưa: 22 Trong điều kiện có độ ẩm lớn, hạt bụi dính kết vào thành hạt lớn rơi nhanh xuống đất Tuy vậy, vi sinh vật không khí phát triển nhanh chóng, bám theo hạt bụi khuếch tán rộng xuống chiều gió Mưa có tác dụng rửa môi trường khí Hạt mưa kéo theo hạt bụi, hấp thu số chất ô nhiễm rơi xuống đất Do đó, vùng không khí có chứa chất ô nhiễm nhiều, nước mưa mang theo chất ô nhiễm làm ảnh hưởng tới môi trường đất nước phía Trong mưa, lớp không khí cao trút hạt nước xuống thành mưa nên có xu hướng nóng lên, ngược lại nước mưa rơi xuống mặt đất bốc hơi, thu nhiệt mặt đất lớp không khí sát mặt đất nên xảy tượng nghịch nhiệt, lợi cho việc khuếch tán chất ô nhiễm vào không khí B- Ảnh hưởng địa hình, nhà cửa 1- Khái niệm chung: Khi có luồng gió di chuyển song song với mặt đất va vào tường chắn vuông góc với chiều gió Ở mặt trước tường, không khí bị dồn nén lại làm tăng áp suất tỉnh không khí Ap suất tĩnh có xu hướng đẩy dòng gió lên cao Mặt sau tường gió bị cản lại làm áp suất tĩnh giảm xuống Kết vùng xoáy quẩn xuất sau tường chắn, kéo dài theo chiều gió tới khoảng cách mặt đất ,tại gió lấy lại vận tốc hướng cũ Vùng xoáy quẩn gọi vùng bóng rợp khí động tường chắn Qua nghiên cứu, người ta xác định bóng rợp khí động tường chắn có chiều cao h hình vẽ sau: Trong vùng bóng khí động, tốc độ di chuyển gió nhỏ không khí trao đổi với không khí vùng xung quanh dễ gây tượng tích tụ chất ô nhiễm L/h H/h H 2-1: Quy luật bóng khí động sau tường chắn 1.7 2.1 1.8 1.2 0.7 0.4 Đối với nhà cửa đứng độc lập có ô văng, lỗ cửa thông gió nên quy luật bóng rợp khí động có phần thay đổi theo xu hướng giảm chiều cao chiều xa vùng bóng rợp khí động Khi có nhiều công trình nối chiều gió, công trình phía trước ảnh hưởng đến công trình phía sau Quy luật bóng rợp khí động đổi khác Để xác định bóng rợp khí động nhà, người ta làm mô hình xem xét ống khí động hay máng thủy lực Sau vài trường hợp đơn giản nghiên cứu: 23 Nhà đứng độc lập có chiều ngang hẹp Nhà coi đứng độc lập phía đầu gió nhà, công trình cao có khoảng cách tới tối thiểu tới 10 lần chiều cao Phía gió nhà khoảng đến 10 lần chiều cao nhà nhà kế cận Nhà xem có chiều ngang hẹp chiều ngang nhà nhỏ 2.5 chiều cao Khi bóng khí động nhà có chiều cao 1.8h chiều dài 6h phía sau nhà.(hình a) Nhà đứng độc lập có chiều ngang rộng Khi chiều ngang b lớn 2.5h Bóng khí động nhà gồm hai khu vực hình vẽ Nhà đứng gần nhau, gió thổi vào khu nhà không gian hai dãy nhà có vùng gió quẫn Nếu nhà đầu gió có chiều ngang hẹp vùng gió quẫn có chiều dài 8h Nếu nhà rộng phần mái nhà không nằm vùng quẫn gió 2- Ảnh hưởng địa hình với phân tán chất ô nhiễm: Ở vùng địa hình không phẳng, có đồi, có gò việc phân tán chất ô nhiễm có biểu phụ thuộc vào địa hình rõ nét phân bố hướng tốc độ gió khác so với địa hình vùng phẳng, xuất vùng xoáy quẩn lũng sâu, phía sau đồi gò dốc có luống gió lạnh trượt dọc theo triền dốc xuống thung lũng Vì vậy, xem xét khả phát tán chất ô nhiễm vùng cần phải xem xét vị thực tế nơi đặt nguồn thải với điều kiện gió địa phương dùng số liệu chung toàn khu vực cho đài khí tượng thông báo VD: Cụ thể nhà máy nhiệt điện Ninh Bình thiết kế không lường hết điều kiện địa hình nên gây ô nhiễm môi trường cho thị xã Ninh Bình vào mùa gió Nam – Đông Nam 24 III-PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ A Phân loại nguồn thải chất ô nhiễm: 1-Theo chiều cao nguồn thải chất ô nhiễm: Nguồn thải thấp nguồn thải đặt vùng bóng khí động công trình hay thấp chiều cao giới hạn sau: -Với nhà có chiều ngang hẹp đứng độc lập: Hgh = 0,36 x b1 + 2,5 x H -Với nhà có chiều ngang rộng đứng độc lập:Hgh = 0,36 x b1 + 1,7 x H -Với nhóm nhà: Hgh = 0,36 x( b1 + X ) + H b1-Khoảng cách từ tường hậu tới nguồn thải X-khoảng cách nhóm nhà H-chiều cao nguồn thải Nguồn thải cao : nguồn thải có H>Hgh -Theo kích thước nguồn: Nguồn điểm:Là nguồn có kích thước nhỏ gọn không gian ống thải hay ống khói… Nguồn đường:Là nguồn thải chất ô nhiễm kéo dài mặt phẳng.Như cửa mái nhà công nghiệp… Nguồn diện: Là nguồn thải chất ô nhiễm trải mặt phẳng Nguồn không gian: Là nguồn thải chất ô nhiễm trải không gian -Theo nhiệt độ khí thải phân thành: Nguồn nóng từ ống thải nồi hơi, lò nung,… Nguồn nguội từ ống thải hệ thống thông gió - Theo chất chất ô nhiễm: Nguồn thải khí Nguồn thải bụi chưa xử lý tới 90% Nguồn thải bụi xử lý tới 90% B Phương trình vi phân khuếch tán chất ô nhiễm vào môi trường khí: Ta xét ống thải chất ô nhiễm vào không khí độ cao h, tác dụng gió, luồng khí thải qua miệng ống bị uốn cong theo chiều gió Đồng thời cho tác dụng xáo trộn khuếch tán không khí xung quanh với luồng khí thổi ra, tiết diện luồng khí mở rộng thành loa tạo thành hình khói theo chiều gió từ miệng ống thải Các chất ô nhiễm lan chuyền chủ yếu vệt khói có nồng độ cao tâm luồng giảm dần theo chiều di chuyển tới biên vệt khói trừ hạt bụi kích thước lớn phân ly khỏi dòng khí thải rơi gần chân ống thải Người ta quan sát thấy góc mở rộng vệt khói phạm vi 10 – 20o Nếu đặt hệ trục tọa độ có tâm tâm ống khói, trục Oz theo chiều cao ống khói Ox trùng theo chiều gió thổi Oy theo phương vuông góc với Ox mặt phẳng nằm ngang mặt đất Giả thiết hệ ổn định bảo toàn với gió thổi song song với mặt đất, Taylor (1915) Schmidt (1917) xây dựng lý thuyết khuếch tán chất khí bụi lơ lửng không khí với phương trình vi phân tổng quát sau: ∂C ∂C ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ⎟⎟ + ⎜ k z × (21) +u× = ⎜ kx × ⎟ + ⎜⎜ k y × ⎟ ∂x ⎠ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂z ⎝ ∂t ∂x ∂x ⎝ ∂z ⎠ Trong đó: C_ Nồng độ chất ô nhiễm không khí x,y,z_ Tọa độ điểm xét k_ Hệ số khuếch tán rối theo phương x,y,z u_ Tốc độ gió 25 Năm 1932, Sutton O.G dựa theo lý thuyết Taylor cho phân bố nồng độ chất ô nhiễm trình lan toả tuân theo luật phân bố chuẩn Gauss đưa kết ⎡ ⎛ ⎞⎤ M y2 z2 ⎟⎥ ⎜ (22) C x, y,z = exp × − + ⎢ 2−n π × u × x 2−n × S y × S z S z2 × x 2−n ⎟⎠⎥⎦ ⎢⎣ ⎜⎝ S y × x Số mũ n có giá trị n = ÷ xác định theo trường vận tốc gió theo chiều đứng Sy Sz : Hệ số khuyếch tán rối theo phương Y Z Năm 1963, Berliand M.E giải phương trình thu kết cho việc xác định nồng độ C lớp sát mặt đất ⎡ ⎤ u1 × H 1+ n M y2 × − − C x, y = exp ⎢ ⎥ (23) × × k x ( ) × + × k n x × (1 + n ) × k1 × x / × π × k o o ⎣ ⎦ Với : M- Lưu lượng chất ô nhiễm k1- Hệ số khuếch tán rối u- Vận tốc gió độ cao 1m k0 = 0,5~1m khí không ổn định 0,1~1m khí ổn định n = 0,15 ~ 0,2 C Giới thiệu phương pháp tính toán: Phương pháp Sutton-Pasquill (pp Gauss): ( Còn gọi mô hình thống kê kinh nghiệm) Dạng công thức phổ biến mà Sutton Passquill đưa là: C x, y, z = M 2×π ×σ y ×σ z ⎛ y2 × exp ⎜ − ⎜ 2×σ ×u ⎝ y ⎞ ⎟× ⎟ ⎠ ⎧⎪ ⎡ ( z − H )2 ⎤ ⎡ ( z + H )2 ⎨ exp ⎢ − ⎥ + exp ⎢ − 2×σ z ⎦ × σ z2 ⎪⎩ ⎣ ⎣ ⎤ ⎫⎪ ⎬ ⎥ (24) ⎦ ⎪⎭ Khi xác định nồng độ chất ô nhiễm gần mặt đất xem z = Khi ta có: C x, y, z = = ⎡ ⎛ y2 M H2 × exp ⎢ − × ⎜ + π ×σ y ×σ z ×u σ z2 ⎢⎣ ⎜⎝ σ y ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎠⎦ (25) Trong đó: C - Nồng độ chất ô nhiễm vị trí có tọa độ x,y,z u - Vận tốc gió σy,σz - Hệ số khuếch tán rối theo phương y,z tương ứng với sai phương chuẩn hàm phân phối Gauss H - Chiều cao hiệu ống khói Hệ số khuếch tán σy, σz sai lệch chuẩn hàm khuếch tán Gauss theo phương ngang đứng Hệ số σy, σz phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn thải tính ổn định khí Hệ số xác định theo biểu đồ thực nghiệm Gifford xây dựng năm 1960 Cấp ổn định khí phân thành cấp theo Turner sau: Ban ngày theo nắng chiếu Ban đêm theo độ mây Tốc độ gió cao 10m Mạnh Trung bình Yếu Nhiều mây Ít mây (m/s) (1) (2) (3) > cấp 4/8 ≤ 3/8 A A-B B E F 6 D D D D D Chú ý: 1- Là nắng mùa hè, mặt trời có góc cao > 600 2- Là nắng mùa hè, trời có mây sáng, góc cao mặt tời 30 ÷ 600 3- Nắng buổi chiều mùa thu hay ngày mùa hè có mây, mặt trời góc cao 15 ÷ 350 4- Độ mây xác định mức mây che phủ bầu trời Đây phương pháp tính toán sử dụng nhiều nước phương Tây Công thức để xác định biến thiên nồng độ chất gây ô nhiễm mặt đất theo trục x (với y = z = 0) điểm có nồng độ cao điểm kế bên theo phương y sau: C= − H2 M × exp π × u ×σ y ×σ z × σ z2 (26) Trên hình vẽ biểu đồ TURNER (1970) lập biểu diễn mối quan hệ Ky Kz Khoảng cách X phụ thuộc vào độ ổn định khí Tốc độ gió u : Gió thường có trị số tốc dộ u thay đổi theo chiều cao.Người ta biểu diễn thay đổi biểu thức: u ⎛ z1 ⎞ =⎜ ⎟ uo ⎜⎝ zo ⎟⎠ p (27) Trong : u0 u1 tốc độ gió điểm khác cao độ zo z1 độ cao điểm p – Số mũ Hệ số p cho mặt đất gồ ghề : Cấp ổn định khí Diễn giải A Rất không ổn định B Không ổn định điển hình C Không ổn định nhẹ 27 p 0.15 0.15 0.2 D Trung tính 0.25 E Ổn định nhẹ 0.4 F Ổn định 0.6 Cho mặt đất phẳng hay mặt nước lớn , hệ số p bảng nhân thêm hệ số 0.56 cho cấp ổn định khí Tính ổn định khí quyển: -Khí tầng đối lưu lên cao, nhiệt độ giảm theo hệ số suy giảm nhiệt độ -Trong điều kiện lý tưởng, lên cao, khí áp giảm nên nhiệt độ giảm theo hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt Hệ số = oC/100m.( PHẠM NGỌC ĐĂNG) -Trong thực tế có vài yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống gió, địa hình xạ mặt trời -Khí coi ổn định mà hệ số suy giảm nhiệt độ theo độ cao nhỏ hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt Trong trường hợp phần tử không khí sấy nóng lên, dãn nở bay lên tác dụng áp suất thủy tĩnh Phân tử giảm nhiệt độ tuân theo hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt Nhưng hệ số suy giảm nhiệt độ thực nhỏ hơn, nên tới lúc nhiệt độ phần tử khí nhỏ không khí xung quanh, lại chuyển động theo chiều ngược lại Kết phần tử khí dao động lên xuống mức -Khí coi không ổn định hệ số suy giảm nhiệt độ theo chiều cao lớn hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt Phần tử không khí bị nóng lên tiếp tục bay cao -Khí coi trung tính hai hệ số Khi xác định biến thiên nhiệt độ theo chiều cao vị trí, người ta xác định độ cao xáo trộn cực đại khu vực Độ cao xáo trộn cực đại : Là chiều cao mà khối khí nóng bay lên nhiệt độ khối bị giảm theo điều kiên đoạn nhiệt với nhiệt độ không khí xung quanh Biến thiên nhiệt độ theo chiều cao bị thay đổi vài tượng sau: Nghịch nhiệt xạ: -Do mặt đất có trao đổi nhiệt xạ với bầu trời nên đêm, xạ mặt trời, mặt đất xạ nhiệt vào bầu trời lạnh Quá trình thường tối, mạnh vào đêm và suy giảm dần trời sáng Trong điều kiện mùa đông trời quang mây, nhiệt độ lớp không khí sát mặt đất thấp lớp phía sinh trình nghịch nhiệt xạ Lớp nghịch nhiệt cao tới vài trăm mét vào sáng sớm Nghịch nhiệt tầng không khí nóng hạ thấp: -Là tượng xảy không khí nóng có áp suất cao chuyển động xuống Nhiệt độ khối khí cao nhiệt độ không khí gần mặt đất Hiện tượng xảy đâu độ cao từ vài trăm tới vài ngàn mét xảy với hệ thống thời tiết có áp suất cao Do không khí chuyển động xuống nên nhiệt độ tăng dần làm giảm mây độ ẩm tương đối Trời xanh nên dễ dẫn đến nghịch nhiệt xạ tầng nghịch đảo nhiệt Chiều cao hiệu ống thải H : Chiều cao hiệu ống thải H bằng: H = h + Δh (28) h – Chiều cao hình học ống thải (m) Δh – Độ nâng cao dòng khí thải Là độ cao luồng khí thải lên cao thêm động miệng ống thải nhiệt độ khí thải cao môi trường xung quanh.Hình kết tính toán ống thải có chiều cao hiệu thải khác nhau: 28 Theo BRIGG (1972) kiến nghị, Δh tính sau: Khi cấp ổn định khí A ~ D : Δh = 1,6 × F / × X 2f / (29) u ⎛ T ⎞ F = g × r × vs × ⎜⎜1 − k ⎟⎟ ⎝ Tx ⎠ (30) Xf =120F 0,4 F ≥ 55 m4/s3 Xf =50F 5/8 F ≤ 55 m4/s3 g – Gia tốc trọng trường ( m/s2 ) r – Bán kính ống thải ( m ) Vs – Vận tốc khí thải qua miệng ống ( m/s ) u – Tốc độ gió miệng ống thải ( m/s ) Tk – Nhiệt độ khí thải ( oK ) Tx – Nhiệt độ không khí xung quanh thải ( oK ) Khi cấp ổn định khí E ~ F : 1/ ⎛ F ⎞ ΔH = 2,4 × ⎜ ⎟ ⎝ u×S ⎠ g ⎛ ∂T ⎞ S = ×⎜ x + r ⎟ Tx ⎝ ∂z ⎠ (31) (32) r – Độ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ( = 0,01 oC/m ) Phương pháp tính toán lệ thuôc nhiều vào độ ổn định khí mà theo bảng phân cấp độ ổn định lại thay đổi liên tục theo thời gian Vì giá trị tính gần giá trị trung bình tức thời thời điểm xem xét Sau kết tính so sánh nồng độ chất gây ô nhiễm mặt đất vệt khí thải độ ổn định khí khác : 29 Phương pháp Berliand cộng sự: Từ kết giải phương trình vi phân Taylor dựa vào mô hình thống kê thủy động, Berliand cộng đưa công thức tính toán phân tán chất ô nhiễm vào không khí sau: Nồng độ cực đại Cm mặt đất hướng gió ống thải đơn ( Trục X ): Cho nguồn nóng có Δt > f < 100 m/s2.0C Cm = A× M × F × m× n H × L × Δt Cho nguồn nguội , Δt ≤ Cm = mg / m (33) f > 100 m/s2.0C A× M × F × D × n 8× H × L × H (34) mg / m Trong đó: A – Hệ số điạ lý khu vực A = 240 M – Lượng chất ô nhiễm thải g/s F – Hệ số F=1 Khi thải chất ô nhiễm khí F=2 Khi thải bụi có hiệu lọc không 90% F=2,5 Khi thải bụi có hiệu lọc 75~90% F=3 Khi thải bụi có hiệu lọc 75% H – Chiều cao ống thải m D – Đường kính miệng ống thải m L – Lưu lượng khí thải m3/s o Δt – Chệnh lệch nhiệt độ khí thải C m – Hệ số không thứ nguyên n – Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào vm Cho nguồn nóng có Δt > f < 100 m/s2.0C m= 0,67 + 0,1× f + 0,34 × f 30 (35) f > 100 m/s2.0C Cho nguồn nguội , Δt ≤ v m = 0,65 × vm = 13 , × (36) L × Δt H m/s (37) vs × D H m / s (28) Vs – Tốc độ khí thải miệng ống thải m/s Khi Vm ≤ 0,3 n=3 Khi 0,3 ∠ Vm ∠ n = 3− (Vm − 0,3) × (4,36 − Vm) (38) Khi Vm > n=1 Nồng độ chất ô nhiễm trục X : mg/m3 (39) CX = S1 x Cm Nồng độ chất ô nhiễm trục Y : Cy = S2 x Cx mg/m3 (40) S1 - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục X so với nồng độ cực đại.Cm Tra biểu đồ theo F X/Xm S2 - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục Y so với nồng độ cực đại.Cm Tra biểu đồ theo u( Y/Xm) u – Tốc độ gió tính toán m/s Khoảng cách xuất Cm kể từ chân ống thải : Cho khí thải : Xm = x H m (41) Trong – Hệ số Tra đồ thị theo Vm f [ ] Hay tính: 5− F Xm = d0 × H (42) Trong đó: cho nguồn nóng f = × Vm × + 0,28 × f Vm > Cho nguồn nguội f =>100 Vm ≤ d o = 11,4 × Vm Vm > d o = 16,1 × Vm ) (44) (45) Vận tốc gió nguy hiểm: Chất ô nhiễm khuyếch tán rộng nhờ gió Nhưng gió lớn làm giảm khuyếch tán theo chiều đứng luồng khí thải Luồng sớm tiếp xúc với mặt đất Các nghiên cứu cho thấy tồn tốc độ gió nguy hiểm Um làm xuất nồng độ chất ô nhiễm cực đại mặt đất Um xác định sau: Khi Vm ≤ 0,5 Um = 0,5 Um = V m Khi Vm = 0,5 ~ 31 Khi Vm > Um = Vm × (1 + 0,12 × f ) Trong cách tính hệ số f tính sau : f = 10 × v s2 × D H × Δt (46) Với phương pháp , ta tính lượng chất ô nhiễm cực đại cho phép thải từ ống thải cho trước cách thay [ C ] vào biểu thức (24) (25) để xác định lượng M cho phép Cả hai phương pháp tính dùng cho ống thải cao nguồn đơn nồng độ chất ô nhiễm ban đầu Nếu trước gió có nguồn thải cao khác có khả ảnh hưởng tới khu vực xét phải tính cộng ảnh hưởng hai nguồn thải Biểu đồ xác định trị số S1 Biểu đồ xác định tri số S2 Tính nống độ chất ô nhiễm đồng thời nhiều nguồn gây cho điểm: n C = ∑ Ci Trong đó: C – Nồng độ điểm mặt đất (mg/m3) Ci – Nồng độ gây nguồn thứ i 32 [...]... chất gây ô nhiễm môi trường không khí trong ống thải nhằm mục đích kiểm toán môi trường, tính kiểm tra phát thải chất gây ô nhiễm tới vùng dưới gió của ống thải; và kiểm tra nồng độ chất gây ô nhiễm trong ống thải với các tiêu chuẩn phát thải cho phép Chất gây ô nhiễm môi trường không khí có rất nhiều loại, tuy thế chỉ phân làm hai loại khi tiến hành đo đạc, đó là: Bụi và các chất dạng hơi khí 1 Đo nồng... trong không khí mà không gây tác hại đối với con người Về môi trường không khí , chúng ta đã có các tiêu chuẩn: - QCVN 02:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải rắn y tế 30 -12 - 2008 - TCVN 5937 - 2005: chất lượng không khí Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh - TCVN 5938 - 2005: chất lượng không khí Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí. .. u + 0,2 × t cd + 0 ,1 × t k Trong đó : o C tk : nhiệt độ khô của không khí o C tu : nhiệt độ ướt của không khí o C tcd : nhiệt độ cầu đen của môi trường không khí Theo BIJ: Loại lao động Nhẹ Trung bình 30 26,7 TWBGT 13 (12 ) Nặng 25 11 /-Nồng độ cho phép của các loại bụi và hơi khí độc trong không khí -Nồng độ chất độc hại: là đại lượng biểu thị lượng chất độc hại hòa lẫn vào không khí Thường được ký... IV-KIỂM TOÁN NGUỒN THẢI: Kiểm toán nguồn thải là công tác thống kê tải lượng và dặc điểm các nguồn thải chất ô nhiễm trong một khu vực xem xét để phục vụ cho công tác quản lý , dự báo và kiểm soát ô nhiễm môi trường khí Kiểm toán nguồn thải cần tiến hành song song với các công việc: Quan trắc khí tượng, phân tích thành phần khí quyển và xác lập các tham số của nguồn thải chất ô nhiễm vào không khí. .. NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ I- CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ: Theo định luật bảo toàn vật chất thì vật chất chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác, di chuyển từ nơi này sang nơi khác chứ không tự sinh ra hay mất đi Giả thiết rằng ta có một khu vực nghiên cứu có một giới hạn nào đó, ví dụ như không khí trong 1 căn phòng hay không khí trên 1 khu ô thị… Một chất theo dòng không khí đi vào... ổn định: Đây là trường hợp đơn giản nhất Không gian nghiên cứu không xảy ra các trường hợp tiêu hủy hay tích tụ chất ô nhiễm Khi đó ta có: Lượng chất đi vào = lượng chất đi ra (16 ) Trường hợp này chỉ xảy ra trong trường hợp hệ thống nghiên cứu không có hay có khả năng tích lũy hay tiêu hủy chất ô nhiễm nhỏ không đáng kể -VD: không gian của 1 phòng A thông với phòng kế bên B và C Không khí đi vào phòng... không khí Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và chất vô cơ - TCVN 5940 - 2005: chất lượng không khí Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với chất hữu cơ - Quyết định 3733-2002- QĐ-BYT giới hạn cho phép các chất độc hại trong môi trường không khí ở cơ sở sản xuất Gồn các thông số: +Nồng độ giới hạn cho phép chất độc trong không khí ở cơ sở sản xuất +Nồng độ bụi giới hạn cho phép có trong không. .. nhiệt của các cộng đồng người không hoàn toàn giống nhau do sự thích nghi môi trường khác nhau Các nhà nghiên cứu môi trường khí hậu quan tâm đến một vài tổ hợp các thông số như sau: */- Hội thông gió cấp nhiệt và điều hòa không khí Mỹ để nghị dùng nhiệt độ hiệu quả tương đương làm thước đo nóng lạnh của môi trường khí hậu trong điều kiện nhiệt độ bức xạ không cao( không có bề mặt nhiệt độ lớn hay... bốc hơi vào khí thải 11 B Ô nhiễm giao thông: Cùng với đà phát triển của công nghiệp hóa, số lượng các phương tiện giao thông ngày càng nhiều Vì vậy trên các tuyến giao thông đông đúc ở các ô thị thường xuất hiện vấn đề ô nhiễm không khí do bụi và khí thải của xe có động cơ gây ra Đặc điểm của loại khí thải này là nguồn thải thấp, di động và không đều Ở các tuyến có mật độ lưu thông cao khí thải hợp... 0 .11 7 mg/m3 C-Hệ thống không bảo toàn vật chất và không ổn định: Trong thực tế chúng ta gặp rất nhiều mô hình trong điều kiện không ổn định, tức là có sự lưu tồn chất ô nhiễm trong không gian xét Bản thân sự phát thải chất ô nhiễm và lượng không khí đi qua không gian xét liên tục biến đổi theo thời gian Trong trường hợp đó, người ta tìm cách đơn giản bài toán để có thể giải được Mô hình toán của hệ thống