Phát tán ô nhiễm kk

PHÁT TÁN Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TỔNG QUAN VỀ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ Mosris Neibusger – nhà khí tượng học trường đại học California trích dẫn từ tạp chí “Today’s Health” hiệp hội Y học Mỹ xuất sau: “Tất quốc gia văn minh theo đường, biến động mà nghẹt thở từ bầu khơng khí chứa chất thải họ” Các phương tiện giao thơng vận tải máy bay, tàu hỏa dùng dầu diesel, khí thải thải từ xe gắn máy, tơ, lò đốt thải vào khí mà khơng qua hệ thống lọc ngày hủy hoại bầu không khí Tại VN, vấn đề nhiễm mt đặc biệt nhiễm khơng khí ln vấn đề nóng Ở thành phố lớn HN hay TPHCM, mật độ giao thông lớn, phương tiện công cộng ít,…nên vấn đề nhiễm khơng khí giao thông vận tải gây nhỏ Các nhân tố góp phần tạo nên nhiễm khơng khí bao gồm tự nhiên người Tự nhiên: động đất, núi lửa, bão cát sa mạc, cháy rừng, sóng thần, q trình thối rữa động, thực vật Con người: hoạt động công-nông nghiệp, giao thông vận tải,thương mại, phá rừng,… _ Hiểm họa ô nhiễm gây ra: Trên TG: Hiện tượng “nghịch đảo nhiệt” Bỉ, vụ rò rỉ khí MIC (metyl-iso-cyanate) Ấn Độ, thảm họa nhà máy điện nguyên tử Trenobun Liên Xô,… Tại Vn: mưa axit Cà Mau, Bạc Liêu,… NGUỒN Ơ NHIỄM: NGUỒNƠ NGUỒN KHÍ NHIỄM TIẾPNHẬN QUYỂN _ Nguồn ô nhiễm: nguồn thải chất nhiễm như: khí thải từ ống khói nhà máy xí nghiệp, khí thải từ phương tiện giao thông, bụi từ máy mài,… _ Nguồn tiếp nhận: người, động, thực vật đồ vật, công trình cảnh quan mơi trường… _ Khí quyển: môi trường trung gian để vận chuyển chất ô nhiễm từ nguồn ô nhiễm tới nguồn tiếp nhận 1.1 Nguồn gốc ô nhiễm: Theo nguồn số liệu tổ chức EPA (Environment Protection Agency) bốc đa số chất nhiễm khơng khí cấp quốc gia, nguồn gốc chất nhiễm khơng khí như: Các phương tiện giao thong vận tải, trình đốt cháy nhiên liệu, q trình chế biến cơng nghiệp, thải bỏ chất thải rắn - Các nhà máy phát điện đa số nguồn gây ô nhiễm cấp từ việc đốt cháy nhiên liệu Sự gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu lượng tăng lên - Ngành công nghiệp chế biến bao gồm nhà máy chế biến sản phẩm có ích từ vật chất thô sơ ban đầu chế biến quặng, cán thép, lọc dầu, sx sp từ cao su, dệt vải, hóa chất… - Chất thải rắn gây ô nhiễm kk từ trình đốt cháy lò thiêu, có nhiệt độ vận hành khơng thích hợp 1.2 Phân loại nguồn nhiễm khơng khí: 1.1.1 Dựa vào nguồn gốc phát sinh: - Nguồn tự nhiên: khí từ hoạt động núi lửa, động đất, bụi tạo thành bão cát, phân tán phấn hoa, mùi hôi trình phân hủy sinh học - Nguồn nhân tạo: nguồn nhiễm người tạo nên Nó bao gồm nguồn cố định di động + Nguồn cố định: bao gồm nguồn từ trình đốt khí thiên nhiên, đốt dầu, đốt củi, trấu, ; nhà máy công nghiệp… + Nguồn di động: khí thải từ q trình giao thơng khí thải xe cộ, máy bay, tàu hỏa… 1.1.2 Dựa vào tính chất hoạt động: - Ơ nhiễm q trình sản xuất: Sx cơng, nơng nghiệp, tiểu thủ cơng nghiệp - Ơ nhiễm giao thơng vận tải: xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy,… - Ơ nhiễm sinh hoạt: Các q trình sử dụng nhiên liệu (dầu, than củi,…) để đun nấu, thắp sang - Ơ nhiễm q trình tự nhiên: phân hủy chất hữu vi sinh vật gây nên mùi hôi, bão cát, phấn hoa, núi lửa, động đất,… 1.1.3 Dựa vào bố trí hình học: - Điểm nhiễm: ống khói nhà máy, thiết bị sx cụ thể - Đường ô nhiễm: Các trình hoạt động phương tiện giao thông… - Vùng ô nhiễm: khu chăn nuôi lớn, khu tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp… MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ NGUỒN Ơ NHIỄM CHẤT Ơ NHIỄM: 2.1 Khái niệm: Bất kì chất thải vào khơng khí với nồng độ đủ để ảnh hưởng tới sức khỏe người, gây ảnh hưởng xấu tới phát triển, sinh trưởng động,thực vật, phá hủy vật liệu, cảnh quan môi trường…đều chất ô nhiễm 2.2 Phân loại chất ô nhiễm: 2.2.1 Dựa vào nguồn gốc sử dụng nguyên liệu: - Chất ô nhiễm từ q trình đốt: khí thiên nhiên, dầu, củi, trấu phục vụ cho trình cấp nhiệt cho máy phát điện, nồi hơi,… - Chất ô nhiễm từ trình cơng nghệ khác: sử dụng loại ngun liệu có sinh chất nhiễm q trình sx sp chúng chất dễ gây ô nhiễm môi trường 2.2.2 Dựa vào nguồn gốc phát sinh: - Chất ô nhiễm sơ cấp: chất thải trực tiếp từ nguồn ô nhiễm vd: SOx, NOx, bụi, … - Chất ô nhiễm thứ cấp: chất ô nhiễm tạo thành từ chất nhiễm sơ cấp q trình biến đổi hóa học khí vd: H2SO4 sinh từ q trình hấp thụ nước khí SOx 2.2.2 Dựa vào tính chất vật lí: - Chất ô nhiễm kk thể rắn: loại bụi - Chất nhiễm kk thể khí: loại hơi, khí độc - Chất nhiễm kk thể lỏng: loại dung môi PHÁT TÁN CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHƠNG KHÍ: - Sự phát tán nhiễm pha lỗng chất nhiễm khí Động lực trình chuyển động dòng chất thải dòng khơng khí khí quyển, chênh lệch nhiệt độ chênh lệch nồng độ chất nhiễm dòng thải với khơng khí xung quanh - Việc xử lí khí thải đạt đến nồng độ cho phép môi trường xung quanh bị hạn chế điều kiện kĩ thuật mặt kĩ thuật đạt u cầu kinh phí vơ tốn kém, khí thải từ nhà máy, cơng xưởng,… thường xử lí đến nồng độ cho phép (được quy định luật pháp) phát tán vào khí qua ống khói cao CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÁT TÁN: 4.1 Nhóm yếu tố nguồn: - Tải lượng chất nhiễm: khối lượng chất nhiễm ngồi khí Đây yếu tố có ảnh hưởng lớn đến q trình phát tán chất nhiễm khí Tải lượng lớn nghĩa chất ô nhiễm thải khí nhiều mức độ nhiễm nặng -Tốc độ khí thải: vận tốc khí thải trước khỏi nguồn Vận tốc lớn phát tán chất nhiễm xa ngược lại - Nhiệt độc khí thải: nhiệt độ khí thải ống khói trước thải khí Nhiệt độ khí thải lớn dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ khí thải khơng khí bên ngồi lớn cuối độ chênh áp suất lớn thúc đẩy trình phát tán xa - Bản chất khí thải: tính chất vật lí, hóa học chất nhiễm Các tính chất ảnh hưởng lớn đến trình phát tán chất nhiễm Ví dụ: chất khí phát tán xa chất lỏng, chất có trọng lượng lớn dễ xảy trình sa lắng khơ, sa lắng ướt 4.2 Nhóm yếu tố khí tượng thủy văn: - Tốc độ gió: tốc độ chuyển động khơng khí khí chênh lệch áp suất vùng với Tốc độ chuyển động khơng khí ln biến đổi theo chiều đứng chiều ngang dẫn đến xáo trộn phát tán khí thải khí Đây yếu tố quan trọng làm cho khí khơng ổn định, luôn biến đổi Thông thường, điều kiện nhau, tốc độ gió lớn khả phát tán pha lỗng khí thải cao - Độ ẩm khơng khí: lượng nước chứa khơng khí Trong điều kiện bình thường, nước khơng khí chưa bão hòa, trời mưa, độ ẩm tăng cao mưa lâu, độ ẩm khơng khí đạt trạng thái bão hòa Với ngày trời nắng khí thải phát tán tốt ngày trời ẩm thấp vùng có nhiều sương mù - Bức xạ mặt trời độ mây che phủ: yếu tố ảnh hưởng khơng mức độ thấp yếu tố - Nhiệt độ khơng khí: đại lượng biểu thị mức độ nóng hay lạnh khơng khí (sự chênh lệch nhiệt độ nói trên) CÁC YẾU TỐ VỀ ĐỊA HÌNH: - Địa hình khơng phẳng, cơng trình,nhà cửa, cối đồi núi xung quanh nguồn thải làm hạn chế phát tán chất thải MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH TỐN KHUẾCH TÁN: 6.1 Cơng thức Bosanquet Pearson (1963): - Công thức xác định nồng độ chất ô nhiễm mặt đất Bosanquet Pearson có dạng sau [Ara pollection Hangbook]: C = exp - Trị số nồng đô cực đại Cmax măt đất: Cmax = = 0,216 - Khoảng cách từ nguồn (chân ống khói) đến vị trí có nồng độ cực đại Cmax mặt đất: = Trong đó: M: tải lượng chất ô nhiễm nguồn điểm liên tục (g/s) H: chiều cao hiệu nguồn thải (m) P,q: hệ số khuếch tán theo chiều đứng ngang xác định thực nghiệm p thay đổi từ 0,02 tới 0,1 q từ 0.04 tới 0,16 E: số logarit tự nhiên (e =2,7183) 6.2 Công thức Sutton (1947): Sử dụng lý thuyết khuếch tán Taylor G.I giả thiết phân bố nồng độ chất nhiễm luồng khói lan tỏa môi trường xung quanh tuân theo luật phân phối chuẩn Gauss, Sutton O.G tìm cơng thức xác định nồng độ điểm có tọa độ x, y, z xi theo chiều gió [A.C Stern Air Pollution] C(x,y,z) = exp exp + exp Ở mặt đất (z=0), công thức trở thành: C(x,y,z) = exp Trị số nồng độ cực đại: Cmax = = 0,234 Và khoảng cách từ nguồn đến vị trí có Cmax: = Trong đó: Sz Sy có ý nghĩa tương tự p q công thức Bosanquet n : hệ số phụ thuộc vào độ biến thiên nhiệt độ theo chiều cao Trị số Sz , Sy n cho bảng đây: MƠ HÌNH TÍNH TỐN KHUẾCH TÁN GAUSSIAN: 7.1 Một số giả thiết thiết lập mơ hình: - Lượng chất thải ô nhiễm nguồn thải số theo thời gian - Tốc đọp gió khơng đổi theo thời gian theo độ cao vệt khói - Trong vệt khói khơng bổ sung thêm nhiễm, không xét đến trường hợp chất ô nhiễm giảm phản ứng hóa học chuyển thành chất khác - Địa hình phẳng khơng có vật cản 7.2 Nồng độ chất ô nhiễm: Với điều kiện gần phương trình vi phân mơ tả q trình phát tán có phương trình tính nống độ chất ô nhiễm tọa độ (x,y,z) sau: C(x,y,z) = + Phương trình tính nồng độ chất nhiễm tọa độ (x,0,0): Trong đó: C(x,y,z): nồng đọ chất ô nhiễm điểm có tọa độ (x,y,z) (mg/m3) C(x): nồng độ chất ô nhiễm điểm trục x, y=z=0 (mg/m3) x: khoảng cách tới nguồn theo phương x, phương gió thổi (m) y: khoảng cách từ điểm tính mặt ngang theo chiều vng góc với trục vệt khói (m) z: chiều cao điểm tính tốn (m) E: lượng thải chất ô nhiễm từ nguồn thải (mg/s) u: tốc độ gió trung bình chiều cao hiệu ống khói (m/s) σy: hệ số khuếch tán khí theo phương ngang (m) σz: hệ số khuếch tán khí theo phương đứng (m)  Tính hệ số khuếch tán σy, σz: Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào độ ổn định khí Phân loại độ ổn định khí theo Turner sau: Ghi chú: (1) Là tốc độ gió độ cao 10m so với mặt đất (2) Nắng mùa hè, mặt trời có góc quay lớn 60o (3) Nắng mùa hè, bầu trời có số mảng mây trời sang, mặt trời có góc cao 30 – 60o (4) Đặc trưng buổi chiều mùa thu hay ngày mùa hè có mây, mùa hè sang, mặt trời có góc cao 15 – 35o (5) Độ mây xác định mức mây che phủ bầu trời - Các phương pháp xác định hệ số phát tán:  Xác định đồ thị  Dùng cơng thức tính tốn : cơng thức Martin σy = a.x0.894 σz = c.xd + f 10  Tra bảng CHIỀU CAO HIỆU QUẢ CỦA ỐNG KHĨI: Tại miệng ống khói, nhờ vận tốc phụt, luồng khói có động ban đầu làm cho luồng khói có xu hướng bốc thẳng đứng lên Mặt khác, nhiệt độ khói cao nhiệt độ khơng khí xung quanh, luồng khói chịu tác dụng “lực nổi” chênh lệch nhiệt độ gây Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác dụng lực gió nằm ngang, đỉnh cao luồng khói nằm cách xa ống khói khoảng cách định xi theo chiều gió Khi đạt độ cao ấy, tức lúc động ban đầu luồng khói bị triệt tiêu nhiệt độ khói trở nên cân với nhiệt độ khí kết trình hồ trộn với khơng khí xung quanh, luồng khói theo phương nằm ngang song song với chiều gió Độ cao gia tăng luồng khói gọi độ nâng cao tổng cộng luồng khói động ban đầu chênh lệch nhiệt độ khói thải nhiệt độ khơng khí xung quanh Vì vậy, tính tốn khuếch tán nhiễm từ nguồn điểm cao, chiều cao tính tốn ống khói tổng chiều cao hình học ống khói với độ nâng cao tổng cộng luồng khói: He= h+ 11 Trong đó: - He: Chiều cao hiệu ống khói, m; - h: chiều cao thực ống khói, m; - : Độ nâng cao tổng cộng luồng khói động ban đầu chênh lệch nhiệt độ, m Có nhiều tác giả đề xuất công thức xác định độ nâng cao tổng cộng luồng khói: 8.1 Cơng thức W.F Davidson Dựa vào kết thực nghiệm tiến hành ống khí động, W.F Davidson đưa cơng thức xác định độ nâng tổng cộng luồng khói sau: Trong đó: : Độ nâng vận tốc luồng khói, m (7) Trong cơng thức trên: - D: Đường kính miệng ống khói,m; - : Chênh lệch độ khói khơng khí xung quanh, oC oK; - Tkhói: Nhiệt độ tuyệt đối khói miệng ống khói; oK - : Vận tốc luồng khói miệng ống khói, m/s; - u: Vận tốc gió thơng thường tăng theo chiều cao, thường xác định từ tốc độ gió đo cột khí tượng cao 10m Theo kết nghiên cứu Irwin J.S (1979) vận tốc gió thay đổi theo chiều cao theo quy luật hàm số mũ phụ thuộc vào độ gồ ghề mặt đất Z cấp ổn định khí theo thang Pasquill - Gifford, cơng thức có dạng: = ,m/s (8) 12 Trong đó: : Vận tốc gió độ cao 10m (độ cao trụ đo gió Trạm quan trắc khí tượng); - Z: Độ cao cần tính vận tốc , m; n: hệ số mũ không thức nguyên 8.2 Công thức J.Z Holland J.Z Holland đưa công thức xác định độ nâng tổng cộng luồng khói sau: Trong đó: - P: Áp suất khí quyển, milibar (1atm = 1013mbar); Đối với cấp ổn định khí khác nhau, kết tính tốn theo cơng thức nhân với hệ số tương ứng cụ thể là: Đối với cấp A, B, C nhân hệ số 1,1 1,2 cấp D, E, F nhân hệ số 0,8 0,9 8.3 Công thức H Stumke Theo H Stumke: 8.4 Công thức G.A Briggs Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) hướng dẫn tính độ nâng cao luồng khói theo công thức Briggs kiến nghị năm 1972 Trước tiên, ta xác định tham số độ nâng cao luồng khói sau: F = g.r2 Trong đó: - F: Tham số độ nâng cao luồng khói, m4/s3; - g: Gia tốc trọng trường (9,8m/s2); - r: Bán kính miệng ống khói, m; 13 - : Tốc độ khói thải, m/s; - : Nhiệt độ khơng khí xung quanh nhiệt độ khói thải, 0K Đối với trường hợp khí trung tính khơng ổn định (cấp ổn định khí từ AD) cơng thức xác định độ nâng cao luồng khói có dạng: Trong đó: - Xt: Khoảng cách từ điểm kết thúc độ nâng trung bình luồng khói đến chân ống khói theo chiều gió thổi, m; - Nếu F>55m4/s3 Xf = 120.F0,4 - Nếu F