Bài giảng Mô hình Hóa môi trường

Bài giảng Mô hinh hóa môi trường trình bày tổng quan về mô hình hóa môi trường, khí quyển và hoàn lưu khí quyển, ô nhiễm môi trường không khí, mô hình Gauss, Sutiion, mô hình hóa chất lượng nước hồ, mô hình dòng chảy và lan truyền chất trong kênh sông,...Mời bạn đọc cùng tham khảo.

Trang 1

1

MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

Cao Học 2

1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

4 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

5 MÔ HÌNH GAUSS, SUTTON

6 MÔ HÌNH BERLIAND

7 MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ

8 MÔ HÌNH STREETER-PHELP

9 MÔ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG KÊNH SÔNG

10 MÔ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG ĐẤT

2

3

- Mô phỏng ô nhiễm nhằm đánh giá hiện trạng ô nhiễm

- Mô phỏng ô nhiễm theo các kịch bản (thay đổi các điều kiện

liên quan đến mức độ ô nhiễm) => Đánh giá tình hình ô nhiễm

trong tương lai, hoặc theo các phương án quy hoạch hoặc cải

dS 

Q I t S

Trang 2

7

Thu thập dữ liệu

Mô hình

Hiệu chỉnh Kiểm định Tiên đoán

Các bước chạy mô hình

của mô hình với tập

dữ liệu mới xem bộ

tham số của bước hiệu

• Đáp ứng khung thời gian của dự án, kinh phí thực hiện, thiết

bị máy móc, nhân lực và các nội dung cần thực hiện

• Có độ chính xác cao trong mô phỏng, có các công cụ hộ trợ

trong hiệu chỉnh tham số mô hình (Calibration), kiểm định

kết quả (Verification)

• Mô hình thường xuyên được cập nhật,

• Tính thân thiện với người sử dụng (user friendliness)

10

Hiệu chỉnh các thông số mô hình

Mô hình

Số liệu đầu ra

Số liệu đầu vào Các Mô đun Các thông số

Mưa rào dòng chảy

Số liệu đầu ra

R,T,V, ĐH M.đệm, đất

Các sơ đồ thấm, dòng chảy

Hệ số nhám

Hệ số thấm

Độ ẩm ban đầu

11

1.5 Hiệu chỉnh các thông số mô hình

1) Chọn các yếu tố mô phỏng cần đánh giá

2) Chọn thông số quan trọng quyết định độ chính xác của yếu

tố cần mô phỏng

3) Chọn thời đoạn hiệu chỉnh

4) Lựa chọn sơ bộ các tham số trong mô hình sao cho phù hợp

với khu vực nghiên cứu

5) Hiệu chỉnh các tham số trong mô hình (Xác định các tham

số sao cho kết quả mô phỏng phù hợp với thực tế)

Hiệu chỉnh (carlibration)

Kiểm nghiệm (verification)

- Các bước trong tiến trình hiệu chỉnh

12

- Các tiếp cận để hiệu chỉnh thông số mô hình + Tiếp cận tiên nghiệm

Giá trị ban đầu của thông

số được suy ra từ đo đạc hoặc từ thực nghiệm

i R n



R = P / A

i R V

1

n  2 / 3

=>

Trang 3

13

- Các tiếp cận để hiệu chỉnh thông số mô hình

 Bước đầu, điều chỉnh loại tham số giữ vai trò quan trọng và

giữ nguyên các loại tham số khác

 Ở bước thứ hai, tương tự như bước thứ nhất nhưng điều chỉnh

với các loại tham số còn lại

 Quay lại bước đầu cho đến khi tất cả các loại tham số là tối

Phương pháp xác định nhiều tham số

b1) Xác định c là điểm giữa của abĐiểm f là trọng tâm của abcĐiểm e sao cho dc = ceb2) i) Nếu E'3<E0 dừng ii) Nếu E'3 < E2 thì điểm b được thay thế bằng e, quay trở lại b1 iii) Nếu E'3 > E2 thìthay điểm e bằng f

Nếu E''3 < E0 dừng Nếu E''3 < E2 thì điểm b được thay thế bằng f, quay trở lại b1 Nếu E''3 > E2 thì điểm d được thay thế bằng f, quay trở lại b1

15

1.6 Kiểm nghiệm mô hình

Hiệu chỉnh (carlibration)

Kiểm nghiệm (verification)

Mô hình, Các thông số MH, Kết quả

mô phỏng có phù hợp với thực tế ?

Giá trị của Hàm mục tiêu (Objective Function - OF) trong kiểm nghiệm

Các trị số thống kê dùng cho hiệu chỉnh và kiểm nghiệm





1 i i Xo n 1



 n

1 i i Xs n 1 Xs

2 n

1 i

i Xo ) Xo ( n 1

i Xs ) Xs ( n

1 i 2 i

n

1 i

i i

) Xs Xs (

* ) Xo Xo (

) Xs Xs (

* ) Xo Xo ( R

i XoXsn1MAGE

15 20 25 30

n

i

i i

Xo Xo

Xs Xo NSI

1

2 1

2

)(

)(1

17

85,0130

19



NSI

NSI0,3 là kém, khi 0,3< NSI0,5 là thấp, khi 0,5< NSI0,7 là

trung bình, khi 0,7< NSI0,9 là khá và khi NSI>0,9 là tốt

n

i

i i

Xo Xo

Xs Xo NSI

1

2 1

2

)(

)(1

Trang 4

19

Khái niệm về nguồn ô nhiễm

Nguồn ô nhiễm là nguồn thải ra các chất ô nhiễm

Mức độ ô nhiễm <=> Nguồn gốc gây ô nhiễm (Công nghệ, các nguyên

liệu, hóa chất chất sử dụng)

Quá trình gây ô nhiễm không khí xảy ra theo các bước sau :

• Phát sinh từ nguồn gây ô nhiễm (chất gây ô nhiễm hay tác

nhân ô nhiễm)

• Phát tán, lan truyền trong khí quyển, khi này khí quyển chính

là môi trường rộng lớn với nhiều yếu tố động để xảy ra nhiều

quá trình hóa học, hóa lý, hóa sinh… của các chất gây ô

Khí quyển

Thiết bị giám sát ô nhiễm

Các đối bị tác động

Ví dụ: Để giảm SO2 khi đốt than đá

21

Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh

Đơn vị: Microgam trên mét khối (g/m3)

T

Thông số

Trung bình

1 giờ

Trung bình

8 giờ

Trung bình 24 giờ

Trung bình năm

QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA

VỀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ XUNG QUANH

22

Bảng 1: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh

Đơn vị: Miligam trên mét khối (mg/m 3 )

T

1 giờ Trung bình

8 giờ Trung bình

24 giờ Trung bình năm

Ghi chú: Dấu (-) là không quy định Trung bình một giờ: Là trung bình số học các giá trị đo được trong khoảng thời gian một giờ đối với các phép đo thực hiện hơn một lần trong một giờ, hoặc giá trị phép đo thực hiện 01 lần trong khoảng thời gian một giờ

Giá trị trung bình giờ được đo nhiều lần trong 24 giờ (một ngày đêm) theo tần suất nhất định Giá trị trung bình giờ lớn nhất trong số các giá trị đo được trong 24 giờ được lấy so sánh với giá trị giới hạn quy định tại Bảng 1

23

Phân loại nguồn ô nhiễm không khí

a) Dựa vào nguồn gốc phát sinh

• Nguồn tự nhiên: là khí thoát ra từ các hoạt động tự nhiên của

núi lửa, động đất, bụi tạo thành do bão cát, sự phân tán của

phấn hoa, mùi hôi của các quá trình phân hủy sinh học

• Nguồn nhân tạo: là các nguồn ô nhiễm do con người tạo nên

Nó bao gồm các nguồn cố định và nguồn di động

• Nguồn cố định: bao gồm các nguồn từ các quá trình

đốt khí thiên nhiên, đốt dầu, đốt củi, trấu…; các nhà

máy công nghiệp…

• Nguồn di động: là khí thải từ các quá trình giao thông

như khí thải của xe cộ, máy bay, tàu hỏa…

24

b) Dựa vào tính chất hoạt động

• Ô nhiễm do các quá trình sản xuất: Sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp

• Ô nhiễm do giao thông vận tải: xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…

• Ô nhiễm do sinh hoạt: Các quá trình sử dụng nhiên liệu (dầu, than, củi …) để đun nấu, thắp sáng

• Ô nhiễm do các quá trình tự nhiên: đó là sự phân hủy các chất hữu cơ do vi sinh vật gây nên mùi hôi, bão cát, phấn hoa, núi lửa, động đất

Trang 5

• Đường ô nhiễm: các quá trình hoạt động của các phương tiện

giao thông vận tải (xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…)

• Vùng ô nhiễm: khu chăn nuôi lớn, khu tập trung nhiều nhà

máy, xí nghiệp công nghiệp …; ví dụ khu công nghiệp Biên

Hòa, Linh Trung, Tân Thuận …

26

Các nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động của con người

- Nguồn ô nhiễm công nghiệp

• Nhà máy nhiệt điện: nhiên liệu than, dầu, khí Khí thải thường chứa

các loại như: bụi, SOx, NOx, CO, aldehit

• Hoá chất: thải nhiều chất độc hại thể khí và thể rắn Các chất khí của nhà máy hoá chất thải ra kết hợp với các khí khác đôi khi tạo ra

• Luyện kim: rất nhiều bụi (kích thước to 10 - 100µm) phát sinh từ công việc tuyển quặng, sàng lọc, đập nghiền; các hoá chất độc hại SO2, NOX được sản sinh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu; bụi và

CO sản sinh trong quá trình luyện gang; hơi và bụi rất độc hại như oxit đồng, asen, thuỷ ngân sản sinh trong quá trình luyện đồng và các kim loại màu khác Chất thải nhà máy luyện kim có đặc điểm : nhiệt độ cao (300 – 400oC có khi 800oC), phân bố rộng Ngoài ra vùng lân cận nhà máy luyện kim còn bị ô nhiễm bởi các sân bãi, kho chứa nguyên liệu, vận chuyển, các xưởng đúc, các lò, băng chuyền,

27

- Nguồn ô nhiễm công nghiệp

• Chế biến dầu mỏ: hydrocarbon, SOx, H2SO4, H2S, NO và NO2

• Xí nghiệp cơ khí : ô nhiễm chính là xưởng đúc và xưởng sơn

• NM công nghiệp nhẹ: ví dụ nhà máy đóng giày thải ra nhiều bụi da, sol

khí sơn, quang dầu, axeton,

• NM vật liệu xây dựng, nhà máy xi măng, xưởng làm gạch ngói đặc

biệt đối với lò nung gạch và nung vôi: bụi + khí thải như SO2, NO,

CO

• NM phân bón supper phốt phát: chủ yếu là HF, SiF4, H2SiF6 từ nguyên

liệu, H2SO4, H3PO4, phốt phát

• Các nhà máy tơ nhân tạo: chủ yếu là S2, H2S

• NM hóa chất: HCl, Cl2, NOx, NH3, hydrocarbon thơm, thuốc trừ sâu…

• Các nhà máy tráng kẽm, xi mạ các loại: chủ yếu là HCl, các hơi khí độc

của các dung dịch mạ…

• Sản xuất giấy: chủ yếu là bụi và các chất tẩy trắng như Cl2, SO2…

28

- Ô nhiễm do các hoạt động của sản xuất nông nghiệp

- Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải

Đốt xăng, dầu FO, DO, mazut => 2/3 khí CO và ½ khí hydro cacbon và khí oxit nitơ

Thành phần khí thải (%)

Chế độ động cơ

COHydrocarbonNOx (ppm)Aldehyde

7,00,53030

Vết0,046010

2,50,2105020

0,10,0285020

1,80,165010

Vết0,0125010

2,01,020300

Vết0,033030

Thành phần khí thải của động cơ ô tô

29

- Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt của con người

• Chủ yếu là bếp đun, lò sưởi sử dụng nhiên liệu than đá, củi dầu và

khí đốt

• Nguồn ô nhiễm này có đặc điểm là gây ô nhiễm cục bộ trong một

phạm vi nhỏ (nhà, phòng) Đặc biệt khi dùng than để đun nấu,

nồng độ CO tại bếp đun thường lớn và nếu đun trong phòng kín có

thể gây tai hoạ đối với con người

• Rác thải: Ở các đô thị chưa thu gom và xử lý rác tốt thì sự thối rửa,

phân huỷ chất hữu cơ hoặc chôn ủ không đúng kỹ thuật cũng là

một nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí

• Cống rãnh và môi trường nước mặt, ao hồ, kênh rạch, sông ngòi bị

ô nhiễm cũng bốc hơi, thoát khí độc hại và gây ô nhiễm môi

trường không khí

30

Khái niệm và phân loại chất ô nhiễm không khí

Khái niệm về chất ô nhiễm

Bất kỳ một chất nào được thải vào không khí với nồng độ đủ để ảnh hưởng tới sức khỏe con người, gây ảnh hưởng xấu tới sự phát triển, sinh trưởng của động, thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm cảnh quan môi trường … đều là các chất ô nhiễm

Theo TCVN 5966 – 1995: "Sự có mặt của các chất trong khí quyển, sinh

ra từ hoạt động của con người hoặc từ các quá trình tự nhiên và nếu nồng

độ đủ lớn, thời gian đủ lâu chúng sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái, dễ chịu, sức khoẻ hoặc lợi ích của người hoặc môi trường"

Phân loại chất ô nhiễm

+ Dựa vào nguồn gốc sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu

• Nhiên liệu: xăng, dầu, than, củi, trấu

• Nguyên vật liệu: các chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất hoặc sản phẩm của chúng là các chất dễ gây ô nhiễm môi trường

Trang 6

31

+ Dựa vào nguồn gốc phát sinh

• Chất ô nhiễm sơ cấp: là các chất ô nhiễm được thải trực tiếp từ

nguồn ô nhiễm Ví dụ các chất SOx , NOx , bụi … thải ra từ các

quá trình đốt nhiên liệu

• Chất ô nhiễm thứ cấp: là các chất ô nhiễm được tạo thành từ

các chất ô nhiễm sơ cấp do các quá trình biến đổi hóa học

trong khí quyển Ví dụ: H 2 SO 4 sinh ra từ quá trình hấp thụ hơi

nước trong khí quyển của SOx là chất ô nhiễm thứ cấp

Các chất ÔN thứ cấp thường có tính độc cao hơn các chất ÔN sơ cấp,

tuy nhiên cũng có những chất thứ cấp lại có lợi ( NH3 + H2O + NO2

=>NH4NO3 là một chất làm “giàu” cho đất

+ Phân loại theo tính chất vật lý

• Chất ô nhiễm không khí ở thể rắn: ví dụ các loại bụi

• Chất ô nhiễm không khí ở thể khí: ví dụ các loại hơi khí độc

• Chất ô nhiễm không khí ở thể lỏng: ví dụ các loại hơi dung môi

32

Bụi và các sol khí

Ô nhiễm không khí do bụi Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù.

• Bụi bay có kích thước từ 0,001 - 10µm bao gồm tro, muội,

khói và những hạt rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật Stok

• Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10µm, thường rơi nhanh

xuống đất theo định luật Niutơn với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng,

33

Phân loại bụi

+ Theo nguồn gốc

• Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa…);

• Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…);

• Bụi động vật (len, lông, tóc…);

• Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…);

• Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…);

• Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…)

+ Theo kích thước hạt bụi

Theo thời gian tồn tại

• d < 0,3 µm : nhân ngưng tụ, chuyển động như những phân tử khí, có nguồn gốc từ quá trình ngưng tụ, thời gian lưu lớn

• 0,3 µm <d < 3 µm ( kích thước trung bình), chuyển động theo quy luật Brown và được tách khỏi khí nhờ mưa, được hình thành từ những hạt nhỏ, thời gian lưu trung bình

• d > 3 µm : bụi thô, hình thành từ sự phân tán cơ học (phân ly nhỏ) của những hạt lớn được thu hồi qua quá trình lắng

- Theo tác hại

• Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen);

• Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nổi ban…(bụi bông, gai, phân hóa học, một số tinh dầu gỗ…);

• Bụi gây ung thư (bụi quặng, crôm, các chất phóng xạ…);

• Bụi gây xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiăng…)

35

Các chất gây ô nhiễm dạng khí

Khí quyển là một hệ động với nhiều thành phần khí khác nhau, trong

đó có sự trao đổi liên tục với: các động vật, thực vật; với đại dương;

với đất theo các quá trình vật lí, hóa học

Các khí cũng có thể được loại khỏi khí quyển bởi các phản ứng hóa

học, bởi hoạt động sinh học, bởi các quá trình vật lí diễn ra trong khí

quyển (như sự tạo thành các hạt) bởi sự sa lắng và sự thu hút của đại

dương và đất

Thời gian lưu trung bình của một phân tử khí sau khi được đưa vào khí

quyển có thể từ hàng giờ cho tới hàng triệu năm phụ thuộc vào chất khí

cụ thể => để đánh giá tác động gây ô nhiễm cần phải xét đến chu trình

chuyển hóa của chúng từ lúc phát sinh cho tới khi bị loại khỏi khí

quyển

36

Các hợp chất có chứa lưu huỳnh (S):

SO2, SO3, H2S, H2SO4 và các muối sunfat 1) SO2, SO3

SO2 -> SO3 (do oxi hóa xúc tác hay oxi hóa quang hóa) Trong điều kiện độ ẩm cao SO2 thì quá trình oxi hóa diễn ra rất thuận lợi với điều kiện có mặt các chất xúc tác (thường là muối của Fe3, Mn2, ,chính chúng là thành phần của bụi)

Trang 7

37

2) Sunfua hidro H2S

H2S sinh ra khi đốt nhiên liệu chứa S Một phần H2S phát sinh trong tự

nhiên do thối rữa của các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn từ rác

thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, kể cả từ các hầm lò khai

thác than, các vệt núi lửa

Trong không khí, 80% H2S bị oxi hóa thành SO2 do oxi hoặc ozon

H2S + O3 = H2O + SO2

Vì H 2 S, O 2 , O 3 đều hòa tan được trong nước nên tốc độ oxi hóa H2S

trong sương mù, các giọt lỏng trong mây diễn ra rất nhanh => sự tồn tại

của H2S trong khí quyển được tính hàng giờ

Với con người:

• ở nồng độ thấp gây nhức đầu, khó chịu;

• > 150ppm: gây tổn thương cơ quan hô hấp, viêm phổi;

• 700ppm - 900ppm có thể xuyên màng phổi, xâm nhập mạch máu, dẫn

đến tử vong

Đối với thực vật: rụng lá, giảm khả năng sinh trưởng

38

3) Oxyt Cacbon (CO, CO2)

CO sinh ra do đốt cháy không hoàn toàn các nhiên liệu hóa thạch (CO

tự nhiên còn lớn gấp 10-15 lần nguồn CO nhân tạo )

Phát sinh CO tự nhiên là

CH4 + HO-  CH3 + H2O ;  CO Trong phần dưới của khí quyển, khi nồng độ CH4 vào khoảng 1,5ppm (theo thể tích), lượng CH4 do phân huỷ sinh học chất hữu cơ diễn ra trong đầm lầy với lượng toàn cầu ước tính 9.1013 mol/năm, thì nồng độ

CO trong khí quyển ước tính bằng 0,12 - 0,15ppm

Loại trừ CO:

+ Phản ứng giữa CO với gốc HO- trong tầng đối lưu và bình lưu

CO + HO- → CO2 + H+ + CO

+ Được đất hấp thụ, bị oxyhóa để trở thành dioxytcacbon CO2 (do kết quả của sự hoạt động sinh học diễn ra trong đất)

39

3) Oxyt Cacbon (CO, CO2)

+ CO

THại: CO tác dụng với hồng cầu trong máu tạo hợp chất bền vững,

làm giảm hồng cầu, giảm khả năng hấp thụ, vận chuyển O2 của hồng

cầu di nuôi các tế bào của cơ thể

HbO2 + CO → HbCO + O2

Ngộ độc nhẹ CO có thể để lại di chứng thiếu máu, hay quên Ngộ độc

nặng gây ngất, lên cơn co giật, liệt tay chân và có thể dẫn đến tử vong

trong vòng vài ba phút khi nồng độ vượt quá 2%

Thực vật khi tiếp xúc với CO ở nồng độ cao sẽ bị rụng lá, xoăn quăn,

cây non có thể chết yểu

Nếu nồng độ O2 cao thì nó sẽ đẩy được CO ra khỏi Hb:

• Hàng năm, chỉ riêng trong quá trình chế biến và sử dụng than đá, con người đã thải vào khí quyển 2.109 tấn CO2, tuy nhiên một nửa lượng này được hơi nước và thực vật hấp thụ, phần còn lại tồn lưu trong môi trường không khí

• Khí CO2 ở nồng độ thấp không gây nguy hiểm cho người và động vật nhưng ở nồng độ cao sẽ gây nguy hại CO2 là một trong các khí nhà kính nên việc tăng hàm lượng CO2 trong khí quyển sẽ gây nên

sự gia tăng hiệu ứng nhà kính

• Đối với thực vật, khí CO2 có ảnh hưởng tốt, tăng cường khả năng quang hợp nhất là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng, ẩm

41

4) Các hợp chất chứa nitơ N2O, NO, NO2, NH3 và các muối nitrat, nitrit,

và amoni

Oxyt nitơ (NOx)

Phát sinh qua các đốt cháy các nhiên liệu ở nhiệt độ cao + sản xuất hóa học

có sử dụng niơ;

Trong tự nhiên, từ sự oxyhóa nitơ của không khí do sét, khí núi lửa và các

quá trình phân hủy vi sinh vật

Trong các NOx thì NO và NO2 được coi là những chất điển hình gây ô

nhiễm không khí

Các oxit nitơ khác tồn tại trong không khí với nồng độ rất nhỏ và không

gây lo ngại về ô nhiễm Tuy nhiên ở hạ tầng khí quyển thì N2O là oxit nitơ

phổ biến nhất, nó là sản phẩm của hoạt động sinh học, nó cũng là một

nguồn tạo ra NO trong tầng đối lưu, và bình lưu nơi có oxi nguyên tử tạo

ra do sự phân li quang hóa của O3:

N2O + O → 2NO

42

NO là khí không màu, không mùi, không tan trong nước Khi xâm nhập vào

cơ thể nó có thể tác dụng với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu, dẫn đến bệnh thiếu máu

NO 2 là khí có màu nâu nhạt, mùi hắc, có tính kích thích, dễ tan trong nước

Khi xâm nhập vào cơ thể nó có thể tạo thành axit qua đường hô hấp hoặc tan vào nước bọt, vào đường tiêu hóa sau đó vào máu, gây nguy hiểm cho cơ thể

NOx + H2O - >HNO3, như vậy cùng với axit H2SO4, là thành phần chính của mưa axit, làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng, giảm tuổi thọ của các sản phẩm, chất lượng của các công trình xây dựng…

NO và NO2 có vai trò nhất định trong việc hình thành:

• Khói mù quang hóa

• Là một trong bốn nguyên nhân chính phân hủy ozôn

Trang 8

Trong môi trường không khí NH3 có thể tham gia vào các quá trình như:

Hấp thụ lên các bề mặt ướt hoặc phản ứng với các chất có tính axit trong

pha khí hay pha ngưng tụ tạo ra ion amoni NH4+; Oxi hóa thành NO3-

THại: NH3 có mùi khó chịu và gây viêm đường hô hấp cho người và động

vật Khi tan vào nước gây nhiễm độc cá và hệ vi sinh vật nước Thực vật bị

nhiễm NH3 ở nồng độ cao sẽ bị bệnh đốm lá; giảm tỉ lệ nảy mầm ở hạt

giống

Các muối nitrat và amoni thường không thải lên khí quyển với bất kì lượng

đáng kể nào, mà chỉ sinh ra do sự chuyển hóa của NO, NO2 và NH3 trong

khí quyển Như vậy các oxit nitơ cuối cùng được chuyển hóa thành nitrat và

tiếp đó được loại khỏi khí quyển do mưa hoặc được sa lắng khô

44

4.6 Phương pháp tính lưu lượng khí thải

4.6.1 Thể tích sản phẩm cháy Thể tích các sản phẩm cháy được tính toán dựa trên:

• Thành phần nhiên liệu

• Hệ số cháy không hoàn toàn

• Lượng không khí ẩm cần thiết cho quá trình cháy

Ví dụ dầu DO có thành phần như sau: Cp = 86,3%; Hp = 10,5%;

Op = 0,3%; Np = 0,3%; Sp = 0,5%; Ap = 0,3%; Wp = 1,8%

Tiêu Chuẩn Quốc Gia TCVN 5689 : 2005 Nhiên liệu điezen (DO) – Yêu cầu kỹ thuật và những qui định hiện hành

45

Nitơ Ôxy Agon cacbonic Neon Hêli Mêtan Krypton Hiđrô

% ppmv (part per million volume) - phần triệu

78,084 20,946 0,9340 390 18,18 5,24 1,745 1,14 0,55

Ôxi Agon Khí khác

Hêli Mêtan Krypton Hiđrô

Thành phần khí quyển

47

STT Đại lượng tính toán Thể tích khí (m3 chuẩn/kgNL)

1 Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy Vo = 0,089C + 0,264H -0,0333(O-S)

2 Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy Va = (1+0,0016d)Vo

3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ

số không khí thừa  = 1,2 - 1,6 Vt =  Va

4 Lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy VSO2 = 0,683.10 -2 S

5 Lượng khí CO trong SPC với hệ số cháy không hoàn toàn  = 0,1-0,5 VCO = 1,865.10-2 C

6 Lượng khí CO2 trong SPC VCO2 = 1,853.10-3 (1-  )C

7 Lượng hơi nước trong SPC VH2O = 0,111H + 0,0124W + 0,0016dVt

Nox = 0,8.10 -2 N + 0,79Vt

9 Lượng khí O2 trong không khí thừa VO2 = 0,21( -1)Va

10 Lượng SPC tổng cộng V0 = VSO2 + VCO + VCO2+ VH2O +

* R V

V T 0 

3600 B

* 15 273 15 273 T V

tiêu hao nhiên liệu là 90 kg/h Nhiệt độ khói thải là 2470C Hệ số không khí

thừa  = 1,3, hệ số cháy không hoàn toàn = 0,1 Tính lưu lượng khí thải

Lượng không khí ẩm thực tế để đốt cháy 1 kg dầu DO

VCO = 1,865.10-3C = 0.016m3 Lượng khí CO2 trong SPC

VCO2= 1,853.10-2(1-)C = 1.44m3 Lượng hơi nước trong SPC

VH2O = 0,111H + 0,0124W + 0,0016dVt = 1.21m3 Lượng khí N trong SPC

VN = 0,8.10-2N + 0,79Vt = 11.59m3 Lượng khí O2 trong không khí thừa

VO2 = 0,21(-1)Va = 0.88m3 Lượng khí thải tổng cộng của sản phẩm cháy ở điều kiện chuẩn

V0 = VSO2 + VCO + VCO2 + VH2O + VNOx + VO2 = 15,14m3

Trang 9

* 82 , 28 3600

Vd 4.2 : Nhà máy hóa chất A tiêu thụ trong một năm 395.000 tấn dầu

FO với thành phần của lưu huỳnh là 2,9% khối lượng Tính lượng SO2sinh ra trong một năm của nhà máy đó

Lượng lưu huỳnh đốt trong 1 năm là: 2,9% x 395.000 = 11.455 tấn Khi đốt lưu huỳnh phản ứng xảy ra như sau

S + O2 = SO2 Theo phản ứng trên cứ 32 đvkl lưu huỳnh khi đốt sẽ sinh ra 64 đvkl

SO2, hay gấp đôi lượng S Như vậy lượng SO2 sinh ra 1 năm là 22.910 tấn =726,47g/s

52

Phương pháp xác định tải lượng ô nhiễm

2) Đo đạc trực tiếp

- Đo nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải (C)

- Lưu lượng khí thải từ đó tính ra (Q)

=> tải lượng các chất ô nhiễm

M = Q*C

3) Tính toán theo thể tích các khí thải (dựa vào khối lượng riêng)

1 Lượng khí SO2 với SO2 = 2,965

g/s MSO2 = 103 VCO2 B CO2 /3600

Ví dụ 4.2: Tính tải lượng SO2, CO với số liệu trong ví dụ 4.1

MSO2= (103 VSO2 B SO2 )/3600 = 103 *0.00342*90*2,965/3600 = 0.2531g/s

Hệ số phát thải khi đốt dầu DO, FO (Pouds/1.000 gallons dầu)

Chất ô nhiễm

Dạng lò đốt Nhà máy

nhiệt điện

Công nghiệp

Sinh hoạt Cháy không

hoàn toàn

Cháy hoàn toàn Aldehyde

CO Hydrocarbon NO2 SO2 SO3 Bụi

0,6 0,04 3,2

104 157.S 2,40.S

8

1 gallon = 3,785 lít; 1 poud = 450 gram;

S là % kh.lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA)

54

Các nguồn có nguyên

liệu đốt là dầu DO, FO Các chất ô nhiễm tính ra kg/tấn bụi SO2 NOx THC CO aldehyde

Hệ số phát thải khi đốt dầu DO, FO (WHO)

Rapid Inventory Techniques in Envirometal Pollution, WHO, 1993

Sinh hoạt

và lò đốt thương mại Aldehyde

20 38.S

0,005

3

1

20 38.S

Trang 10

56

Phương pháp xác định tải lượng ô nhiễm

4) Tính toán theo hệ số phát thải (Emission Factor)

N

390 0,4

3

15

2 0,4

N

214 0,4

5

18

N 0,4

N

116 0,4

NO2

SO2 Axit hữu cơ Bụi

0,3

165 12,5 8,5 0,6 0,3 0,8

4 2.300

Hệ số ô nhiễm của xe ô tô

58

(U) TSP (kg/U) SO2 (kg/U) NOx (kg/U)

CO (kg/U) VOC (kg/U)

1g=10-3mg ppm (Phần triệu thể tích) Ở nhiệt độ 200C 1ppm =

BT1: Trong một ngày đêm, nhà máy A tiêu thụ 8 tấn dầu FO với thành

phần của lưu huỳnh là 2% khối lượng

Tính tải lượng SO2 (mg/s) sinh ra do đốt dầu FO, biết 98% lưu huỳnh được chuyển hóa hoàn toàn thành SO2

BT3: Trong một ngày nhà máy A tiêu thụ 58 tấn dầu FO với thành phần

của lưu huỳnh là 3% khối lượng

Tính tải lượng SO2 (g/s) và lưu lượng khí thải (m3/s) Biết 98% lưu huỳnh được chuyển hóa thành SO2 trong quá trình đốt, 1 kg FO khi đốt tạo ra 18m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ khí thải là 250oC

BT2: Trong một ngày đêm, nhà máy A tiêu thụ 14 tấn dầu DO với thành

phần C là 86% khối lượng

Tính tải lượng CO (mg/s) sinh ra do đốt dầu DO, biết 15% C chuyển thành CO

Trang 11

62

VD4: Trên một tiểu lưu vực có diện tích 2 km2, mật độ dân số 7000

người/km2, lượng nước cấp trung bình là 180 l/người.ngày, lượng nước

thải bằng 80% lượng nước cấp, hệ số ô nhiễm BOD5 là 40g/người.ngày

Nước thải của tiểu lưu vực này đổ ra một con sông

Tính tải lượng BOD5 (mg/s) và lưu lượng nước thải sinh hoạt (m3/s) trung

bình ngày tại cửa ra của tiểu lưu vực

63

Pt cơ bản mô tả sự truyền tải và khuyếch tán chất ô nhiễm

x y

z Hướng gió

S z

C K z y

C K y x

C K x z

C W y

C U x

C U t

C

z y

x z

64

Các thành phần trong lan truyền chất ô nhiễm

Chuyển động tầng

Phân tán Khuếch tán rối

65

3 Phương trình lan truyền chất

a) Thông lượng khuếch tán

9 8 7 6 5 4 3 8 7.5 7 6.5 6 5.5 5

x

C D

F

A

C

)(

x

C D vC A F

x

C AD f A F

C v A F F F F

D D V D V

F F ( F

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

S là sự thay đổi khối lượng chất

ô nhiễm trong 1 đơn vị thể tích

và trong 1 đơn vị thời gian

AS dx

C AD ( x x

C D

C D x

C v t

C

2 2

Phương trình ở d TQ

S z C K z y C K y x C K x z C W y C U x C U t

C

z y

x z

C K x

C U t

or

Biến đổi địa phương

Bình lưu

Khuếch tán

Chuyển hóa

Trang 12

68

G.thiệu Mô hình Gauss

• MH Gauss sử dụng rộng rãi trên thế giới, được áp dụng cho

các nguồn thải điểm

• Cơ sở của mô hình này là phân bố Gauss về C các chất ô

z ,

y ( x 4

U exp x K K 2

M ) z , y , x ( C

z 2

y 2

2 / 1 y



n

U x K

2 y

2



U x K

2 z 2

y ( exp U 2

M ) , y , x (

2

2 2

z 2 2

y

z C K y C K x C U

M )

, y , x (

0 0

M: tải lượng U: tốc độ gió tại độ cao hữu dụng của nguồn thải; K: hệ số khuếch tán

y, z: Hệ số phát tán (là độ lệch chuẩn của C theo hướng y và z)

y ( exp U 2

M )

y exp(

z exp(

z 5

y ( exp U 2

M ) , y , x (

2

2 2

2

z y

2 z 2 2 2

z y

2 ) H z exp 2

y exp U 2 M

) 2 ) H z 2

y ( exp U 2

M ) , y , x ( C

z

y

H z y

),(

z z

y z y

H z H

z y

U

M yz x C

)(exp2exp2

),,(

z z

y z y

H z H

z y

U

M z y x C

2 2

2

2)(exp2exp2

),,(

z y

H z y

U

M z y x C

*2)(exp2exp2

),,(

z z

y z y

H z k H z y

U

M z y x C

Trang 13

74

Công thức tính hệ số phát tán σz(x), σy(x)

Với mục tiêu đơn giản trong tính toán, từ quan trắc thực tế, Turner đã

đưa ra công thức tính toán hệ số phát tán

) x ( y

Phân loại độ ổn định của khí quyển theo Pasquill

Công thức tính σz(x), σy(x) cho vùng thoáng mở (nông thôn)

75

) x ( y

Phân loại độ ổn định của khí quyển theo Pasquill

Các hệ số σy và σz ở trên là các giá trị trung bình trong khoảng thời gian

10 phút (do vậy, nồng độ tạp chất tính được là nồng độ trung bình trong

10 phút), với các khoảng thời gian khác, Gifford (1976) đề xuất như sau:

2 0

10 ) ' 10

• P là áp suất khí quyển, kPa (P0 = 1013Mba)

• u: Tốc độ gió tại mực thải (m/s)

• Tk, Txq: nhiệt độ khí thải và MT xung quanh (K)

2

z

) H z exp 2

y exp U 2

M ) , y , x ( C

z z

2 z 1 z

0

u u

) z ln(

u ) z ln(

u

exp

2 zu1 zu

Z 1

Z 0

) z / z ln(

u

0 1 1 2 z

z

1

2

) z / z ln(

u u

0 1 1 3 z z 1

3

3 z

Tính tốc độ gió ở độ cao nguồn thải

m z z U z U

n m

n

m

200,

2

200,10)

10 10

2

z

) H z exp 2

y exp U 2

M ) , y , x ( C

Da

h 

Trang 14

H exp U

2

z

) H z exp 2

y exp U

K 4 U H

x K

2 z 2

z



H 2

1m x

z y m

2

H exp U 2

M C

81

Nồng độ cực đại tại độ cao z

,0,(

z z

y

H z U

M z x C

dx z x dC

2

z

) H z exp 2

y exp U 2

M ) , y , x ( C

4 ) (  2

x K

2 z 2

z



H z

m

H z U

M C

1 x

Ví dụ: Tính xm và Cmtại mặt đất và ở độ cao 2m do một ống khói có M

CO = 20g/s, độ cao hiệu dụng trong điều kiện cấp ổn định khí

quyển là A , vận tốc gió UH = 3m/s và trên khu vực nông thôn

Ở cấp A và khvực NThôn ta có:

m 2 20

H

z = 20m; xm = 100m => ….y = 21.9m

3 2

2

/5,8912exp

H U

M C

z z y

z

m

212

2

/10322

)(exp

H z U

M C

z z

y C K z C K z x C



+ Thông lượng chất ô nhiễm trên bề mặt trải dưới = 0

+ Tại x = 0 và x, y, z tại vô cùng:

+ Thông lượng chất ô nhiễm qua một mặt phẳng bất kỳ vuông góc với hướng gió thì không đổi và bằng công suất của nguồn thải M:

2 2 2

)(expexp

2),,

z n

y n z

H z x

C y x C UC

M z y x C

2 2 2

)(exp)(exp2

z n

z y

n

y

x C H z k x C H z x

C UC

x C y M

2 z 2

max C H X

)(exp2exp2

)

,

(

z y

y z y

H z k H z y u

Bất ổn định

n = 0,2

Cân bằng phiếm định, n

= 0,25

Nghịch nhiệt Trung bình, n =

Giá trị của n, Cy, Cz theo Sutton

n, Cy, Cz phụ thuộc vào độ ổn định của khí quyển:

Trang 15

86

Mô hình lan truyền ô nhiễm đối với nguồn đường

Để đơn giản hóa ta xét nguồn đường

dài vô hạn và ở độ cao gần mặt đất,

hướng gió thổi vuông góc với đường

Hướng gió

M * là lượng thải của nguồn trên

1 mchiều dài

Một đơn vị chiều dài

Thành phần khuếch tán ngang được bỏ qua => chỉ còn lại thành phần fz =>

2 2

z

) H z ( exp 2 y exp U

)2)(exp(

2 5

.

0

z z

z

h z h

z u

,

0

*

z z h z u

)2)(exp(

)sin(

)

2

(

*2)

2 2

2 5

,

0

z z

z

h z h

z u

M z

2 2

z

) H z ( exp 2 y exp U 2 M ) z , y , x ( C

Nồng độ ô nhiễm tại độ cao

hữu hiệu theo các cấp ổn định

Ví dụ 5.2 Tại độ cao 10 m vận tốc gió đo được là 2,5m/s Hãy tính vận tốc

gió tại độ cao 40 m theo các điều kiện ổn định khác nhau trong điều kiện nông thôn và thành thị

m z z U z U

p m

n

m

200,

2

200,10)

10 10

Ví dụ 5.3 Một ống khói có độ cao hữu hiệu H = 30 m với MSO2 = 20 g/s

Vận tốc gió tại độ cao H bằng 3 m/s Biết tại khoảng cách 1 km theo

hướng gió, các giá trị σy và σz tương ứng là 30m và 20m

Hãy xác định nồng độ SO2 tại trục của vệt khói và tại điểm cách trục về

phía dưới 20 m và lệch so với trục là 60 m

2 2

z

) H z ( exp 2

y exp U

g 1770 m g 00177 , 0 20 x 30 x x 14 , 3 2 20 U

)

,

z y

H z y

6 2

2

2 2

m / g 145 m / g 10

* 145 20

* ) 20 ( exp 30

*

60 exp

Ví dụ 5.4 Một ống khói có độ cao hữu hiệu H = 30 m với MSO2 = 20 g/s

Vận tốc gió tại độ cao H bằng 3 m/s Tại khoảng cách 1 km theo hướng gió, các giá trị σy và σz tương ứng là 30m và 20m Hãy xác định nồng độ SO2 tại

x = 1000m, y = 60 và z =10 m trong điều kiện mặt đệm phản xạ hoàn toàn nồng độ chất ô nhiễm

3 3

6

2 2

2 z 2

2 2

z y

m / g 178 m / g 10

* 178

20

* ) 30 10 ( exp 20

* ) 30 10 ( exp 30

* 60 exp 20

* 30

*

* 2 20

2 ) H z ( exp 2 ) H z ( exp 2 y exp U 2 M ) z , y , x ( C

Kết quả cho thấy nồng độ ô nhiễm cao hơn 22 % so với ví dụ 5.3

Trang 16

92

Ví dụ 5.5 Một nhà máy trên khu vực nông thôn có ống khói h = 45m, D =

2m, lưu lượng khí thải Q = 12m3/s, tải lượng chất ô nhiễm MSO2 = 20g/s,

Tk = 200ºC Txq = 30ºC, U10m = 3m/s, P = 1013 mb Cho trạng thái khí

quyển là cấp C

a) Hãy tính độ nâng vệt khói

b) Tính C(x=1200, y =0, z = 0)

c) Tính xm (khoảng cách xảy ra nồng lớn nhất tại mặt đất) và giá trị Cm

d) Xây dựng đồ thị biểu diễn nồng độ ô nhiễm tại mặt đất theo trục vệt khói

k xq k T T T D P u

45

10

453



m z U

s / m 82 , 3 2 1415 3 12

* d

*10.68,25,149

,

3

1,12

z

H exp U 2

M ) 0 , 0 , x ( C

),,(

z y

H z y

U

M z y x C

1 , 0

m 32 ,

n

m z z U

U   1010

σ y (x) = 0,11x(1+0,0001x) -0,5 ; σ z (x) = 0,08x(1+0,0002x) -0,5

σz (1200) = 0,08×1200×(1+0,0002×1200)-0,5 = 86,21

3 2

2 6

m / g 94 , 68 21 , 86

* 32 , 53 exp 21 , 86

* 73 , 124

* 55 , 3 1415 , 3 2

10

* 20 )

0 , 0 , 1200 (

94

c) Tính xm (khoảng cách xảy ra nồng lớn nhất tại mặt đất) và giá trị Cm

08,02

2 6

/11,1657,37

*32,53exp7,37

*05,53

*55,31415,32

10

*20)

2

1)0,0002x(1

σy(x) = 0,11x(1+0,0001x)-0,5

95

0 30 60 90 120 150 180

z

H exp U 2 M ) 0 , 0 , x ( C

Bài toán đánh giá tác động môi trường (ĐTM)

Vd : Một ống khói trên khu vực nông thôn có D = 1m, Q = 12m3/s, MSO2 =

27,5g/s, Tk = 200ºC, Txq = 30ºC Hãy xác định h ống khói để CSO2 tại bề mặt <

giới hạn cho phép (Tại z=2m, CSO2(1 h)<350 g/m3)

(Tính trong trường hợp thời tiết nguy hiểm, V = 1 m/s, cấp ổn định A)



 

2 ) ( exp 2 ) 0 , 0 , (

z z H

H z U

M x C

* 10 68 , 2 5

* P

* 10

n=0,07

) ( 2 1

10 ) ' 10 (

2

10,20xm

y (10’)= 0,22xm(1+0,0001xm)-0,5 = 54,63 m;

3 2

2 6

2 2

/3.35629,50

*)11,732(exp29,50

*11,78

*15,1210

*,27

2)(exp2

)0,0,(

m g

H z U

M x

C

z z

y H m

10 H

10 11 , 73 1 10 H U

2 010)'10()

1060)'10()'60

2 0

Trang 17

98

z u M x C



0 , 5

*)2(2)

Vd: Một đoạn đường dài và thẳng qua một khu vực nông thôn có lưu lượng

các loại phương tiện và hệ số phát thải từ 7h00' đến 8h00' như sau:

Loại xe Hệ số phát thải CO

(kg/1000km)

Lưu lượng (xe/h)

a) Tính tải lượng CO trên một mét chiều dài đường (M*)

b) Tính nồng độ ô nhiễm tại một điểm trên mặt đất cách tim đường 600m biết :

• Điều kiện thời tiết là bất lợi nhất: gió tại độ cao 10m là U10 = 1m/s, cấp ổn

định khí quyển là cấp F, gió thổi vuông góc với đường

• Với cấp F thì z(x) =0,016x(1+0,0003x)-1, n=0,55

• Nồng độ ô nhiễm được tính theo công thức

Với u là tốc độ gió tại độ cao phát thải được tính

ở độ cao 2m (Độ cao ống pô + độ nâng vệt khói)

c) Để nồng độ ô nhiễm tại điểm tính toán đạt TC (CCO(TC) = 1450 g/m3 Hỏi

cần tăng thêm bao nhiêu xe buýt nhằm giảm số người đi xe máy để CCO

CCO(TC), biết mỗi xe buýt có sức chở trung bình là 30 người và số người

Vd: Một đoạn đường dài và thẳng qua một khu vực nông thôn có lưu lượng các loại phương tiện và hệ số phát thải từ 7h00' đến 8h00' như sau:

(kg/1000km)

*10007,16

*10

*4000360010

*10006,6

*10

*360010

*100072,710

*400

*

9 3



0 , 5

*)2(2) z(x) =0,016x(1+0,0003x)-1, n=0,55

100

Vd: Một đoạn đường dài và thẳng qua một khu vực nông thôn có lưu lượng

các loại phương tiện và hệ số phát thải từ 7h00' đến 8h00' như sau:

(kg/1000km)

*10007,16

*10

*)304000(360010

*10006,610

*)4(3600

3 9

x I

,1

+ +

2

z

) H z exp 2

y exp U 2

M ) , y , x ( C



) x ( z



Trang 18

z y

x z

• Vx, Vy, Vz là vận tốc gió theo các trục ox, oy và oz

• Kx, Ky, Vz là hệ số khuếch tán rối theo các trục ox, oy và oz

• S là sự thay đổi khối lượng chất ô nhiễm trong 1 đơn vị thể tích và trong 1 đơn vị thời gian

x z

z

C K y

C K z

C V x

C V

z 2 2

y

z

C K y

C K x

C U

0 z 0 y 0 x 0 t

C



Phản xạ hoàn toàn

Trang 19

110

Các xấp xỉ:

n

1 1 x

z

z u

V   

m 1 1 z z

z k

k    ky k0u

m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m, k0 là kích thước rối ngang (m)

m n m m n n m

n n m

m n m n

u x m n

n m

n x

x k

y Hz z x n m k

u M

0

2 2 2 2 1 1

)2())(

2

1()2(

2

4)(

)2(exp

M )

n 1 2 / 3 0

1 ) n 1 ( 5 , 1 1

2 m

u k k H

u

M ) n 1 ( 116 , 0

2 1

n 1 1 m

) n 1 ( k H u 3

2 x

y x ) n 1 ( k H u exp x k k ) n 1 ( 2

M )

0 , y , x ( C

0

2

2 1

n 1 2

/ 3 0

10 10



R là bán kính miệng ống khói (m);

T là nhiệt độ không khí xung quanh đo bằng Kelvin

ω0 là vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống (m/s);

Tại mặt đất

k0 là kích thước rối ngang (m)

Ky: hệ số khuếch tán rối theo trục Oy

u

M )

1 ) n

n 1

1

m

) n 1 )(

y x ) n 1 ( k H u exp

*

) x ( x k ) 1 ( ) n 1

(

2

u MH )

1 2 1

n 1

1 1 0 2

1 ) n (

C k z r

C rk r r

2 0 , cos r x

k z 11 r22Các hệ số khuếch tán có dạng:

0 z , 0 r C k

0 r

2 2 z

n 1

1 3

max

H k 2

k ) n 1 ( M

1

r ) n 1 ( H k 4 k ) n 1 ( 2

M ) 0 , r

z

Z ln 10 ln Z ln Z ln V V





n 10 z 10 Z V

Trang 20

116

Tính toán các tham số đầu vào của mô hình lan truyền bụi trong không khí

2) Xác định hệ số khuyếch tán rối ngang Ky (m 2 /s) theo khoảng thời gian τ

2 2 y

4

1 ) (

K        τ là hàm cấu trúc thời gian

3) Xác định kích thước rối k0 (m), h số rối K z (m 2 /s)

Z K

K    1   2

) U (

T 1 U 104 , 0 K

VD 6.1 Nhà máy A có ống khói cao 40 m, D = 2 m, vận tốc khí thải từ là

0 = 10m/s, MCO = 90 g/s,Tk = 230ºC Biết kích thước khuếch tán rối ngang k0=12 m, hệ số khuếch tán rối đứng k1 =0,3 m2/s, hệ số thay đổi vận tốc gió theo phương đứng n = 0,14, U10 = 2m/s và Txq = 25°C Dùng mô hình Berliand hãy tính:

10 0

u T T T gR 3 , 3 5 , 2 u R 5 , 1



m 49 , 60 2 ) 15 , 273 25 (

205

*

* 81 , 9 3 , 3 5 , 2 2 1 10

* , 1

14 , 0 n

10 1

10 1 2 10 1 U

(

2

M )

2 1

n 1 2 / 3

1 

3

2 14 , 0

2 / 3 6

m / g 43

,

461

500

* ) 14 , 0 1 (

* , 0

45 , 100

* 449 , 1 exp 500

* 12

* 3 , 0 ) 14 , 0 1 (

*

10

* 90 )

14 , 0 ( 5 , 1 6 2 1 1 ) n

, 100

* ) 14

u

M ) n

* , 0 49 , 104

* 45 , 1 3 2 )

Ví dụ 6.2 Nhà máy A có ống khói cao 40m, D = 2,0 m, 0 = 10m/s, MCO =

90 g/s, Tk = 230ºC Hệ số khuếch tán rối đứng k1=0,025 m2/s, hệ số biến đổi vận tốc gió theo phương đứng n = 0,14 Biết rằng thời điểm tính gió lặng và Txq = 25° C

Hãy tính nồng độ chất ô nhiễm CO(r = 200m) và r = 500m so với ống khói

Khi lặng gió thì v10<1 m/s, lấy v10= 0,5 m/s để tính độ nâng vệt khói

m 06 , 2746 ) 5 , 0 )*

15 273 25 (

205

*

* 81 , 9 3 , 3 5 , 2 ( 5 , 0 1 10

* , 1 ) Tu T gR 3 , 3 5 , 2 ( u R 5 , 1

10 10

100 )

14 0 1 ( 06 , 2786

* 025 0 4 025 0 ) 14 0 1 ( 2 10

* 90 ) 0 , 100 ( C

500 )

14 0 1 ( 06 , 2786

* 025 0 4 025 0 ) 14 0 1 ( 2 10

* 90 ) 0 , 500 ( C

1

r ) n 1 ( H k 4 k ) n 1 ( 2

M ) 0 , r ( C

Ví dụ 6.3 Nhà máy A có ống khói cao 40 m, D = 2,0 m, ω0 = 10m/s, MCO = 90

g/s, Tk = 230ºC Kích thước khuếch tán rối ngang k0=12 m, n =0,14 Yếu tố khí

tượng và hệ số khuếch tán rối đứng k1 được cho theo bảng dưới đây

a) Tại thời điểm 1h, bài toán trở về ví dụ 6.1 với C(500,0,0) = 461,43 g/m3

b) Tại thời điểm 13h, bài toán tương tự ví dụ 6.1 Kết quả tính được như sau:

• Độ nâng vệt khói h = 58,8m

• Độ cao hiệu dụng ống khói H = 98,8m

• C(500,0,0) = 474,19 g/m3

c) Tại thời điểm 7h và 13h, bài toán trở về ví dụ 6.2 với C(500,0) = 378,5 g/m3

Vậy nồng độ trung bình ngày tại điểm cần tính là:

) 5 , 378

* 19 , 474 43 , 461 ( 4

1 ) 0 , 0 , 500 ( C

1) Tính MSO2 biết 95% S chuyển thành SO2 (0,713g/s) 2) Tính Q,  và H (Q = 2.285m3/s,  =11,64m/s,  h=13,23m,

H = 23,23m)

3) Tính C(x=500, y =0, z =0) theo MH Gauss (C = 9,7  g/m3)

4) Tính xm và Cm (xm = 82,12m, Cm= 133,2  g/m3)5) Xác định h để Cm < 350g/m3

Trang 21

122

Mô hình số trị trong mô phỏng lan

truyền ô nhiễm

1 Hệ phương trình trong mô hình khí tượng

2 Các mô hình thời tiết + Lan truyền

S x

C D

Các thông số đánh giá chất lượng nước nói chung và chất lượng nước hồ nói riêng bao gồm: pH, EC, độ đục, DO, nhiệt độ, TDS, ORP, BOD, COD, NH4-N, NO2-N, NO3-N, TN, PO4-P, TP, phiêu sinh thực vật, phiêu sinh động vật, E.Coli, tổng Coliform và nhiều yếu tố khác

Các tính chất của hồ

126

Các quá trình chuyển đổi chất dinh dưỡng

- Chu trình nitơ:

• Quá trình bài tiết của phiêu sinh vật, một phần nitơ sẽ được chuyển

thành nitơ vô cơ dạng NH3-N (Inorganic Nitrogen - IN)

• Quá trình hô hấp và chết sẽ giải phóng các hợp chất nitơ dạng hữu cơ

hòa tan Phần còn lại sẽ được phân rã thành mảnh vụn N Các mảnh

vụn N này sẽ lắng một phần, phần còn lại sẽ phân hủy tạo thành nitơ

hữu cơ dạng hòa tan (Dissolve Organic Nitrogen - DON)

• Nitơ hữu cơ dạng hòa tan sẽ bị thủy phân thành NH3-N NO3-N sẽ

được tạo thành qua quá trình nitrat hóa NH3-N