Phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển

66 CHƯƠNG 4 PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN Như đã trình bày ở trên, chất ô nhiễm khi thải ra khí quyển sẽ chòu sự ảnh hưởng của các yếu tố về khí tượng thuỷ văn, đòa hình cùng với các yếu tố về nguồn ô nhiễm chúng sẽ phát tán, pha loãng trong khí quyển và đồng thời xảy ra các quá trình biến đổi hoá học, sa lắng khô, sa lắng ướt… Trong những năm gần đây các nhà bác học trên thế giới đã đi sâu tìm hiểu, nghiên cứu các quá trình phát tán các chất ô nhiễm trên cơ sở lý thuyết và cả bằng đo đạc thực nghiệm bằng các mô hình tính toán. Hầu hết các nghiên cứu về phát tán chất ô nhiễm được nghiên cứu trong lớp khí quyển gần mặt đất từ độ cao trên 100 mét đến khoảng vài ngàn mét. Sự thay đổi về đối lưu nhiệt cũng như thay đổi về tốc độ gió cũng thường xảy ra trong lớp khí quyển này. Sự đối lưu của không khí quan hệ rất chặt chẽ đến biến thiên nhiệt độ theo chiều cao hay nói khác đi là theo sự biến đổi của gradient nhiệt độ. Các biến đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến sự đối lưu của không khí trong khí quyển đồng thời cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Các nhà bác học Sutton (1932), Pasquill và Hay (1957), Gifford (1961), Briggs (1975)… đã nghiên cứu một cách rất kỹ lưỡng và tỷ mỷ các quá trình này. Ở Việt Nam một số tác giả như GS.TS. Trần Ngọc Chấn, GS.TS. Phạm Ngọc Đăng, kỹ sư Nguyễn Văn Cung… bước đầu cũng đã có những nghiên cứu chúng trong điều kiện Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu trên đã cho phép chúng ta ứng dụng nó để tính toán dự báo mức độ ô nhiễm của các chất trong khí quyển. 4.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÁT TÁN Quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển chòu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên, chúng ta có thể chia chúng thành ba nhóm yếu tố như sau: 4.1.1. Nhóm yếu tố về nguồn 67 Các yếu tố về nguồn bao gồm: tải lượng chất ô nhiễm, tốc độ và nhiệt độ khí thải, chiều cao và đường kính đỉnh của nguồn, bản chất của khí thải… - Tải lượng chất ô nhiễm: là khối lượng chất ô nhiễm thải ra ngoài khí quyển. Đây là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Tải lượng chất ô nhiễm càng lớn có nghóa là chất ô nhiễm thải ra khí quyển càng nhiều và mức độ ô nhiễm càng tăng. - Tốc độ của khí thải: là vận tốc của khí thải trước khi thoát ra khỏi nguồn. Thông thường đó là vận tốc của khí thải tính theo đường kính đỉnh của nguồn. Vận tốc khí thải càng lớn thì phát tán chất ô nhiễm càng xa và ngược lại. - Nhiệt độ của khí thải: là nhiệt độ của khí thải trong ống khói trước khi thải ra khí quyển. Nhiệt độ của khí thải càng lớn dẫn đến độ chênh nhiệt độ giữa khí thải và không khí bên ngoài càng lớn và cuối cùng chúng tạo ra độ chênh áp suất giữa khí thải và không khí bên ngoài càng lớn thúc đẩy quá trình phát tán càng xa hơn. - Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh của ống khói. Chiều cao của nguồn có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễm. Chiều cao của nguồn càng lớn thì chất ô nhiễm phát tán càng xa và ngược lại. Tuy nhiên, việc nâng cao chiều cao của nguồn để pha loãng khí thải cũng có giới hạn do chúng còn phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật khi xây dựng nó. - Đường kính đỉnh của nguồn: là đường kính trong của ống khói. Nếu ống khói có dạng hình côn thì đó là đường kính trong tại đỉnh ống khói. Thông số này có liên quan đến lưu lượng và tốc độ chuyển động của khí thải trước khi ra khỏi ống khói. Đường kính của ống khói càng nhỏ thì tốc độ khí thải càng lớn và quá trình phát tán càng xa và ngược lại. - Bản chất của khí thải: là kể đến các tính chất vật lý, hoá học của chất ô nhiễm. Các tính chất này cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễm trong khí quyển. Ví dụ, với chất khí thì thường phát tán xa hơn chất lỏng; các chất có trọng lượng lớn thì dễ xảy ra các quá trình sa lắng khô, sa lắng ướt hơn các chất có trọng lượng bé. Các loại có khi có nồng độ bụi cao và kích thước hạt lớn thì thường phát tán gần hơn, các hạt bụi sau khi ra khỏi ống khói sẽ bò sa lắng khô và sa lắng rất nhanh hơn kết quả là chúng rơi gần ống khói hơn. 4.1.2. Nhóm yếu tố về khí tượng thuỷ văn Nói đến các yếu tố về khí tượng thuỷ văn là kể đến sự ảnh hưởng của các yếu 68 tố như: tốc độ chuyển động của không khí trong khí quyển (tốc độ gió); độ ẩm của không khí, nhiệt độ của không khí, cường độ bức xạ mặt trời và cuối cùng là độ che phủ của mây trên bầu trời. - Tốc độ gió: là tốc độ chuyển động của không khí trong khí quyển do chênh lệch áp suất của không khí giữa các vùng với nhau. Thực chất tốc độ chuyển động của không khí luôn biến đổi theo cả chiều đứng và chiều ngang làm xáo trộn tầng khí quyển và dẫn đến xáo trộn sự phát tán, pha loãng khí thải trong khí quyển. Đây là yếu tố quan trọng nhất làm cho khí quyển không ổn đònh, luôn luôn biến đổi. Đây là nhân tố rất quan trọng để xác đònh độ bền vững khí quyển trong mô hình tính toán. Thông thường nếu trong cùng một điều kiện như nhau, nếu tốc độ gió càng lớn thì khả năng phát tán và pha loãng khí thải càng cao. - Độ ẩm của không khí: là lượng hơi nước chứa trong không khí. Lượng hơi nước chứa trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ và phân áp suất của hơi nước. Trong điều kiện bình thường hơi nước chứa trong khí quyển ở trạng thái chưa bão hoà, gặp khi trời mưa độ ẩm của không khí tăng lên, nếu trời mưa lâu không khí có thể đạt trạng thái bão hoà. Không khí có độ ẩm càng thấp thì khả năng phát tán, pha loãng khí thải càng cao và ngược lại. Với những ngày trời nắng thì khí thải phát tán tốt hơn những ngày trời ẩm thấp hoặc vùng có nhiều sương mù. Tuy nhiên, cũng phải thấy thêm rằng khi độ ẩm không khí cao tức là lượng hơi nước trong khí quyển nhiều sẽ giúp cho quá trình sa lắng ướt hoặc các phản ứng hoá học giữa các chất ô nhiễm háo nước với hơi nước có trong khí quyển nhanh hơn. Điều này dẫn đến việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển nhưng lại làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mưa. Điều này cũng lý giải tại sao ở 10 phút đầu của trận mưa nồng độ SO 4 2- thường lại rất cao. - Bức xạ mặt trời và độ mây che phủ: thực chất hai yếu tố này ảnh hưởng cũng không ít đến quá trình phát tán chất ô nhiễm. Tuy nhiên, mức độ của nó thấp hơn các yếu tố nêu trên. - Nhiệt độ không khí: là đại lượng biểu thò mức độ nóng hay lạnh của không khí. Yếu tố này có liên quan đến quá trình phát tán chất ô nhiễm thông qua hiệu số nhiệt độ giữa khí thải và không khí trong khí quyển như đã trình bày ở trên. 4.1.3. Các yếu tố về đòa hình Ảnh hưởng của các yếu tố đòa hình không kém phần quan trọng đối với quá 69 trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Đó là ảnh hưởng của các công trình, nhà cửa, cây cối hoặc đồi, núi xung quanh nguồn thải đang xét. Sự ảnh hưởng này không những chỉ đối với chiều cao mà ngay cả với chiều rộng của các công trình, nhà cửa cũng ảnh hưởng không kém phần quan trọng. Trong quá trình tính toán phát tán chất ô nhiễm ảnh hưởng của yếu tố này được đánh giá thông qua việc xác đònh độ bền vững khí quyển của khu vực đặt nguồn. 4.2. PHƯƠNG TRÌNH PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM 4.2.1. Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm (dạng khí và dạng lơ lửng) trong khí quyển a) Phương trình vi phân cơ bản của quá trình khuếch tán chất ô nhiễm dạng khí và dạng lơ lửng trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi tính toán toán học về quá trình này là xuất phát từ phương trình cổ điển về dẫn nhiệt trong vật rắn [ F.Pasquill Noel de nevers ]. Trong trường hợp ta đang xem xét ở đây là dòng khí chảy rối, phương trình biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm khối lượng của chất đó trên đơn vò thể tích tại một điểm có tọa độ x, y, z có dạng như sau: ⎛⎞ ∂∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎛⎞ ⎛⎞ =++ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ∂τ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎝⎠ ⎝⎠ ⎝⎠ xyz cc c KKK xxxyzz (4.1 ) trong đó : c – nồng độ chất ô nhiễm, (g/m 3 ) τ - thời gian, (s) K x , K y , K z – Lần lượt là hệ số khuếch tán rối theo phương x, y, z một cách tương ứng. Để diễn giải phương trình vi phân nêu trên đầu tiên ta chọn điểm quan sát di động theo trục của luồng khói (h.4.1). Đó là phương pháp điểm quan sát Lagrange (Lagrangian viewpoint). Từ điểm quan sát này, mặt người quan sát có cảm giác mặt đất chuyển động về phía ngược lại chiều gió giống như khi ta nhìn từ máy bay xuống dưới. 70 Hình 4.1. Phát tán chất ô nhiễm theo chiều gió Ta bắt đầu “bay” và quan sát từ phía đầu gió của nguồn phát thải (ống khói), do đó ta có thể giả thuyết nồng độ ban đầu của chất ô nhiễm C 0 =0 (Nếu C 0 # 0 ta phải cộng vào kết quả tính toán được ở đây để đánh giá nồng độ ô nhiễm được chính xác hơn). Khi “bay” qua sát ngang bên trên ống khói ta quan sát thấy nồng độ ở đó là cực đại, sau đó càng ra xa ống khói theo chiều gió luồng khói càng mở rộng, nồng độ chất ô nhiễm càng giảm dần do có hiện tượng hòa trộn bởi khuếch tán rối. Ta xem xét một khối nhỏ hình hộp có cạnh là Δ x, Δ y và Δ z ở gần trục của luồng khói và thiết lập dự cân bằng vật chất xảy ra trong khối hình hộp này. Giả thiết rằng chất ô nhiễm không được sinh ra, cũng không bò phân hủy tiêu hao trong khí quyển, tức là không có các phản ứng hóa học cũng như không xảy ra các quá trình sa lắng khô, sa lắng ướt, ta có thể viết: (…2) Lượng vật chất tích tụ trong đơn vò thời gian là vi phân theo thời gian của lượng tích tụ, tức tích số của nồng độ và thể tích. Như vậy ta có: Lượng vật chất tích tụ trong khối hình hộp = Σ Lượng vật chất đi vào - Σ Lượng vật chất đi ra Cường độ tích tụ theo thời gian = τττ ∂ ∂ ΔΔΔ= ∂ ∂ = ∂ ∂ C zyx C VVC ).( (4.3) (4.2) 71 Ở đây không có dòng khí chuyển động đi vào cũng như đi ra khỏi khối hình hộp vì khối hình hộp cùng với người quan sát chuyển động theo đúng vận tốc cục bộ của gió. Tuy nhiên, ở đây vẫn xảy ra sự chuyển động của dòng vật chất đi qua 6 mặt của khối hình hộp do có hòa trộn bởi khuếch tán rối mà cường độ của nó trên 1 đơn vò diện tích có thể xem là tỷ lệ thuận với biến thiên nồng độ C trên phương pháp tuyến n của tiết diện xem xét: trong đó: K – Hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số khuếch tán rối. Vì dòng vật chất có đơn vò là (g/m 2 .s), nên hệ số khuếch tán K có thứ nguyên là m 2 /s – đúng như thứ nguyên của hệ số dẫn nhiệt độ trong phương trình dẫn nhiệt. n – khoảng cách theo phương pháp tuyến của tiết diện xem xét, cụ thể là x đối với tiết diện Δ y, Δ z, y - Δ x Δ y và z - Δ x Δ y. Dấu – trong biểu thức, (4.4) có nghóa dòng vật chất đi từ phía nồng độ cao sang phía nồng độ thấp. Áp dụng biểu thức (4.4) đối với hai mặt của hình hộp trực giao với chiều x, ta có: Tương tự như trên ta viết các biểu thức cùng loại (3.5) đối với 4 mặt còn lại của khối hình hộp, sau đó cộng lại và cân bằng với vế phải của đẳng thức (4.3), ta thu được: Dòng vật chất do hòa trộn trên đơn vò diện tích của tiết diện xem xét trong đơn vò thời gian n C K ∂ ∂ −= (4.4.) Lượng vật chất còn lại trong khối hình hộp do hòa trộn rối theo phương x zy x C K x C K xtaixtaix ΔΔ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ −− ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ −= Δ+ (4.5) 4 / mg n C − ∂ ∂ x x C K x C K C taixxtaix + Δ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ = ∂ ∂ Δ+ . τ z z C K z C K taizztaaiz Δ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + Δ+ y y C K y C K taiyytaaiy + Δ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + Δ+ . (4.6) 72 mà 2 2 0 lim x C K x x C K x C K taixxtaix x ∂ ∂ = Δ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ Δ+ →Δ (4.7) Tương tự như vậy đối với các số hạng thứ hai và thứ ba của phương trình (4.6), cuối cùng ta có: 2 2 2 2 2 2 z C K y C K x C K C ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = ∂ ∂ τ (4.8) Từ thực nghiệm người ta thấy rằng, hệ số khuếch tán rối trong khí quyển theo các phương x, y và z không giống nhau, do đó ta cần thêm vào hệ số K trong phương trình trên các chỉ số chân x, y, z một cách tương ứng: K x , K y , K z và từ đó ta thu được dạng phương trình (4.1) đã nêu trên đây. b) Các phương trình khuếch tán một chiều, hai chiều và ba chiều. Như trên đã nói, phương trình (4.1) hoặc (4.8) có dạng hoàn toàn giống với phương trình dẫn nhiệt trong vật rắn. Quá trình khuếch tán cũng giống như quá trình dẫn nhiệt có thể diễn ra trong không gian một chiều, hai chiều hoặc ba chiều. Ví dụ: Để minh họa cho trường hợp dẫn nhiệt một, hai hoặc ba chiều có thể nêu ra một cách cụ thể là: Dẫn nhiệt trên 1 dây kim loại mảnh (một chiều); dẫn nhiệt trên một tấm kim loại mỏng và phẳng (hai chiều) và dẫn nhiệt trong một khối kim loại hình hộp (ba chiều) khi có nguồn nhiệt cấp vào một điểm nào đó của các vật thể dạng sợi, dạng tấm hoặc dạng khối nói trên (xem hình 4.2). Hình 4.2. Minh hoạ hiện tượng lan truyền một chiều (a), hai chiều (b) và ba chiều (c) Lời giải của phương trình (4.1) hoặc (4.8 ) cho trường hợp một, hai hoặc ba chiều đã được trình bày rất tỉ mỷ trong các giáo trình truyền nhiệt của các tác giả TS Hoàng Đình Tín, TS Bùi Hải… cụ thể là: Đối với bài toán một chiều: 73 () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= x x yx K x K Q C 2 2/1 2/1 ),( 4 1 exp )(2 τ πτ (4.9) Đối với bài toán hai chiều: () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−= yx yx yx K y K x KK Q C 22 2/1 ),( 4 1 exp )(4 τ πτ (4.10) Đối với bài toán ba chiều: () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++−= zyx zyx zyx K z K y K x KKK Q C 222 2/1 2/3 ),,( 4 1 exp )(8 τ πτ (4.11) Trong các công thức trên: Q- là tải lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời , (g/s). 4.3. MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Các công thức tính toán khuếch tán được áp dụng rộng rãi trước đây để đánh giá sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm xuôi theo chiều gió của các nguồn điểm liên tục (nguồn hoạt động liên tục) là do Sutton (1932, 1947a, 1947b) và Bosanquet và Pearson (1936) đề xuất trên cơ sở lý thuyết khuếch tán chuẩn Taylor G.I (1915) và Shmidt W. (1917) với phương trình vi phân tương tự như phương trình (4.1) nhưng vế trái có thêm thành phần x C u ∂ ∂ để kể đến yếu tố vận tốc gió trung bình u thổi theo hướng song song trục x với trường hợp quan sát điểm cố đònh 4.2.1. Công thức của Bosanquet và Pearson (1936) Công thức xác đònh nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất của Bosanquet và Pearson có dạng như sau [Ara pollection Hangbook]: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−= px H xq y pqux M yxC 22 2 22/1 2 exp )2( ),( π (4.12) Trò số nồng độ cực đại C max trên mặt đất: ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Η Μ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Η Μ = q p u q p ue C 222/12 2/3 max 216,0 2 π Khoảng cách từ nguồn (chân ống khói) đến vò trí có nồng độ cực đại C max trên mặt đất (4.13) 74 p x C 2 max Η = (4.14) Trong các công thức trên ngoài các ký hiệu đã biết còn có M: tải lượng của chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục (g/s) H: chiều cao hiệu quả của nguồn thải dạng ống khói, (m.) p, q – lần lượt là hệ số khuếch tán theo chiều đứng và chiều ngang được xác đònh bằng thực nghiệm và là hệ số không thứ nguyên. Trò số p thay đổi trong phạm vi từ 0,02 ÷ 0,1 và trò số q = 0,04 ÷ 0,16 tùy theo mức độ rối của khí quyển từ yếu đến mạnh. Giá trò trung bình của các hệ số p và q ứng với mức độ rối trung bình của khí quyển… có thể nhận p = 0,05 và q = 0,08. e – cơ số logarit tự nhiên (e = 2,7183). 4.2.2. Công thức của Sutton (1947 b) Sử dụng lý thuyết khuếch tán của Taylor G.I và giả thiết rằng sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm do luồng khói lan tỏa ra môi trường xung quanh là tuân theo luật phân phối chuẩn Gauss, Sutton O.G đã tìm ra công thức xác đònh nồng độ tại điểm có tọa độ x, y, z xuôi theo chiều gió [A.C Stern Air Pellution]. ( ) ( ) ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − −+ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = −−−− n z n z n z n xy zyx xS Hz xS Hz xS y uxSS M C 22 2 22 2 22 2 2 ),,( expexpexp π (4.15a) Ở tại mặt đất (z = 0), công thức trên trở thành: ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−= −− 2 2 2 2 22 ),,( 1 exp 2 z nn xy zyx S H Sy y xuxSS M C π (4.15b) Trò số nồng độ cực đại : ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Η Μ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Η Μ = y z y z S S u S S ue C 22 max 234,0 2 π (4.16) và khoảng cách từ nguồn đến vò trí có C max : z n z S H S H x ≈ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − Μ )2/(2 (4.17) Trong các công thức trên các hệ số S z và S y có ý nghóa tương tự như các hệ số p và q trong công thức (4.12) của Bosanquet và Pearson nhưng thứ nguyên của chúng là (độ dài ) n/2 , trong đó n – là hệ số phụ thuộc vào độ biến thiên nhiệt độ theo 75 chiều cao. Trò số S y , S z và n trong công thức Sutton được cho ở bảøng (4.1). Bảng 4.1: Các hệ số khuếch tán rối (xoắn) tổng quát của Sutton O. G [A.C Stern,Vol.1,1962] Hệ số S y = S z , m n/2 Độ cao trên mặt đất, m Thứ tự Điều kiện ổn đònh của khí quyển N 25 50 75 100 1 Nhiệt độ giảm mạnh theo độ cao 0,02 0,21 0,17 0,16 0,12 2 Nhiệt độ giảm nhẹ hoặc không khí thay đổi 0,25 0,12 0,10 0,09 0,07 3 Nghòch nhiệt trung bình 0,33 0,08 0,06 0,05 0,04 4 Nghòch nhiệt mạnh 0,50 0,06 0,05 0,04 0,03 4.2.3. So sánh các công thức của Bosanquet và Pearson (4.12,13) và của Sutton (4.15,16) Từ các công thức (4.13) và (4.16) ta thấy rằng nếu giả thiết tỷ số q p và y z S S là bằng nhau thì giá trò C max tính theo hai công thức nêu trên chỉ lệch nhau khoảng ≈ 8,5 % ở các hệ số : 0,216 ở công thức (4.13) và 0,234 ở công thức (4.16 ). Tuy nhiên, trong công thức Sutton tỷ số y z S S được nhận bằng 1 đối với ống khói có độ cao ≥ 25m (xem bảng 3.1), trong khi đó tỷ số q p có giá trò nằm trong khoảng từ 0,5 ÷ 0,63, do đó kết quả tính được theo công thức của Bosanquet và Pearson (4.13) chỉ bằng 46 ÷ 58% trò số tính được theo công thức Sutton (4.16). Để thấy được hình dạng đường cong phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x) ta có thể biến đổi các công thức (4.12) và (4.15) về dạng không thứ nguyên với các hàm và biến tỷ đối : Μ = x x x (4.18) và = max C C C (4.19) [...]... ngun dọc theo trục gió Từ các công thức tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất nêu trên ta có thể rút ra một số kết luận sau đây: 1 Nồng độ ô nhiễm tỷ lệ thuận bậc nhất với cường độ phát thải 2 Nói chung, sự pha loãng khí thải bằng cách hòa trộn thêm không khí vào khí thải không có tác dụng đáng kể đến việc giảm nồng độ ô nhiễm trên mặt đất Thêm không khí để pha loãng khí thải sẽ làm tăng chiều cao... của độ ổn đònh khí quyển Trong điều kiện không ổn đònh vò trí có Cmax nằm gần ống khói; ngược lại, khi khí quyển càng ổn đònh vò trí có Cmax càng nằm xa ống khói 4.4 CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM THEO LUẬT PHÂN PHỐI CHUẨN GAUSS 4.4.1 Công thức cơ sở Theo mô hình luồng khói của Pasquill và Gifford lượng chất ô nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vô số các khối... dạng sau đây: Δ h = (a1 ω D + a2Qh1/2)/u (4.53) trong đó a1 và a2 là các hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào độ ổn đònh của khí quyển: 97 a1 a2 Không ổn đònh 3,5 0,33 Trung tính 0,4 0,171 Ổn đònh -1,0 0,145 Đơn vò tính trong công thức 4.53 giống như trong công thức 4.51 Để áp dụng "Mô hình Gauss" trong tính toán khuếch tán chất ô nhiễm Holland lại đưa ra công thức sau đây để xác đònh độ nâng cao của luồng... hằng số gây ra Nếu giả thiết chất ô nhiễm không có phản ứng hoá học với không khí xung quanh tức không sản sinh ra cũng như phân hủy đi thì mật độ chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trục giao với trục gió ở mọi khoảng cách x đều như nhau như thể hiện ở hình 4.5 nhưng nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói thì giảm dần khi khoảng cách x tăng do có hiện tượng khuếch tán theo phương ngang (trục y) và... công thức xác đònh nồng độ ô nhiễm của các tác giả trên đây cũng như công thức theo mô hình Gauss (công thức 4.32) đều được dựa trên cơ sở các giả thiết sau đây: 1 Các điều kiện ổn đònh: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian 2 Dòng chảy đồng nhất: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo không gian 3 Chất ô nhiễm có tính trơ, tức là không xảy ra phản ứng hoá học cũng như không... đồ thành công thức tính toán và viết dưới dạng các chương trình chất ô nhiễm để phục vụ cho việc xây dựng phần mềm tính toán khuếch tán chất ô nhiễm Ở cấp ổn đònh D khi x = 2km, sai số là +100% (tức số liệu tra gấp hai lần số liệu tra biểu đồ) 4.3.5 Các cấp ổn đònh của khí quyển 86 Theo Pasquill và Gifford, các cấp ổn đònh của khí quyển có liên quan chặt chẽ với sự biến thiên nhiệt độ không khí theo... phát thải chất ô nhiễm Μ (g/s) là không đổi theo thời gian thì mật độ của chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trực Μ (g / m) ± (h4.5) giao với trục gió (cũng là trục luồng khói) sẽ bằng u Cường độ phát thải M = 4 đơn vò / s 78 Khoảng cách dọc theo trục gió x(m) Hình 4.5 : Sơ đồ minh hoạ ảnh hưởng của vận tốc gió đến nồng độ chất ô nhiễm do nguồn phát thải liên tục và hằng số gây ra Nếu giả thiết chất. .. độ chất ô nhiễm trên mặt đất ở vò trí cách nguồn thải 2 km nằm trên trục gió đi qua nguồn, cho biết: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải H = 100m Lượng phát thải chất ô nhiễm M = 500g/s Vận tốc gió trung bình u = 5m/s Khí quyển có mức ổn đònh trung bình Giải a) Tính theo công thức của Bosanquet và Pearson Nhận giá trò trung bình của các hệ số khuếch tán đứng và ngang : p = 0,05, q = 0,08 Áp dụng công... mép lên nhau (h 4.4) Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng của luồng khói có thể được xem là như nhau, u c là có qua sự trao đổi được chất từ lát này sang lát nọ kề bên nhau trên tứ trục x Từ cách lập luận đó, bài toán lan truyền chất ô nhiễm ở đây là bài toán hai chiều và do đó ta chọn công thức (4.10) để áp dụng cho trường hợp này Nếu ta thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề... ⎟ ⎢ ⎣ ⎝ 2σ z ⎠ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟ ⎠⎥ ⎦ (4.26) Đây là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss mà người ta quen gọi tắt là “mô hình Gauss” cơ sở 4.4.2 Diễn giải công thức cơ sở bằng phương pháp phân tích thứ nguyên Công thức (4.26) còn có thể được diễn giải bằng phương pháp phân tích thứ nguyên như sau Từ miệng ống khói chất ô nhiễm được gió mang đi theo trục x trùng với . lượng chất ô nhiễm thải ra ngoài khí quyển. Đây là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Tải lượng chất ô nhiễm càng. CHƯƠNG 4 PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN Như đã trình bày ở trên, chất ô nhiễm khi thải ra khí quyển sẽ chòu sự ảnh hưởng của các yếu tố về khí tượng