Sau đây là kết quả tính so sánh nồng độ chất gây ô nhiễm trên mặt đất trong vệt khí thải ở các độ ổn định khí quyển khác nhau :. Tính nống độ chất ô nhiễm đồng thời do nhiều nguồn gây r[r]
(1)Khuếch tán chất ô nhiễm môi trường khí Chuyển đổi vật chất mơi trường khơng khí:
Theo định luật bảo tồn 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 khơng khí phịng hay khơng khí khu thị… Một chất theo dịng khơng khí vào khu vực nghiên cứu xảy tình huống:
-Bị tiêu hủy khơng gian (biến thành chất khác) -Tích lũy lại khơng gian mà khơng thay đổi tính chất -Đi khỏi khu vực nghiên cứu mà khơng thay đổi tính chất Tn theo quy luật bảo tồn vật chất ta có:
Lượng vào = lượng chất tiêu hủy + lượng chất tích lũy + lượng chất
Trong tự nhiên, chất tuân thủ q trình Do vậy, có trường hợp sau:
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 nhiễm Khi ta có:
Lượng chất vào = lượng chất (16)
Trường hợp xảy trường hợp hệ thống nghiên cứu khơng có hay có khả tích lũy hay tiêu hủy chất ô nhiễm nhỏ không đáng kể
-VD: khơng gian phịng A thơng với phịng kế bên B C Khơng khí vào phịng A từ phòng B với lưu lượng LB nồng độ CO2 CB khơng khí từ phịng C với lưu lượng Lc
nồng độ CO2 Cc Khơng khí từ phịng A quạt hút thải ngịai Vậy lượng khí phải hút
ra ngồi nồng độ CO2 khí thải ?
Nếu thừa nhận hệ thống bảo tồn ổn định nghĩa là: lưu lượng khơng khí lượng CO2 khỏi phịng A phải lượng vào
Do vậy: L = LB + Lc
(2)(17)
Hệ thống vật chất ổn định khơng bảo tồn:
Trên thực tế, chất nhiễm phát tán khơng khí thường tham gia phản ứng hóa học, sinh học nên lượng vật chất khơng bảo tồn q 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 nhiễm có khơng 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 khơng gian xét
Xét biến thiên lượng chất ô nhiễm theo thời gian, ta viết phương trình vi phân:
(19)
Giải phương trình vi phân , ta có :
(20) Trong đó:
Co-Nồng độ chất 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 khi thời gian kéo dài vô tận C→ t→
(3)Lượng nhiễm vào = Lượng ô nhiễm + K.C.V
-VD: phịng hút thuốc tích 500m3 có lượng thải khí formaldehyde (HCHO) từ khói thuốc 140mg/h Phịng thơng gió với lưu lượng 1000m3/h Hay xác định nồng độ
formaldehyde khơng khí cho hệ số chuyển đổi formaldehyde thành CO2 0.4 h-1
Giả thiết nồng độ formaldehyde đồng phịng nồng độ khí khỏi phịng C Ta viết biểu thức tốn cho hệ thống sau:
Lượng vào = lượng + K.C.V
Hệ thống không bảo tồn vật chất khơng ổn định:
Trong thực tế gặp nhiều mơ hình điều kiện khơng ổn định, tức có lưu tồn chất ô nhiễm không gian xét Bản thân phát thải chất nhiễm lượng khơng khí qua không gian xét liên tục biến đổi theo thời gian Trong trường hợp đó, người ta tìm cách đơn giản tốn để giải Mơ hình tốn hệ thống có dạng là:
Lượng vào = Lượng + Lượng lưu tồn + Lượng phân hủy
Các yếu tố Ảnh hưởng tới khuếch tán chất ô nhiễm khí quyển: Các yếu tố khí hậu :
Ảnh hưởng gió:
Gió gây dịng chảy rối khơng khí lớp sát mặt đất Nhờ có gió chất 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 khơng khí
Gió khuếch tán chất nhiễm, làm giảm nồng độ ban đầu thường gây dịng chảy rối khơng khí sát mặt đất Khác với dịng chảy tầng xuất gió yếu, dịng chảy rối khơng khí đặc trưng việc xáo trộn phần tử khí lớp sát cạnh Do xáo trộn này, phần tử chất nhiễm nhanh chóng di chuyển sang lớp khơng khí lân cận Kết khuếch tán chất ô nhiễm mạnh mẽ hơn, hiệu
Phải ghi nhận gió ln ln 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, cơng trình quan trọng
(4)Trong điều kiện có độ ẩm lớn, hạt bụi dính kết vào thành hạt lớn rơi nhanh xuống đất Tuy vậy, vi sinh vật khơng khí phát triển nhanh chóng, bám theo hạt bụi khuếch tán rộng xuống chiều gió
Mưa có tác dụng rửa mơi trường khí Hạt mưa kéo theo hạt bụi, hấp thu số chất ô nhiễm rơi xuống đất Do đó, vùng khơng khí có chứa chất nhiễm nhiều, nước mưa mang theo chất ô nhiễm làm ảnh hưởng tới môi trường đất nước phía
Trong mưa, lớp khơng 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 khơng khí sát mặt đất nên xảy tượng nghịch nhiệt, khơng có lợi cho việc khuếch tán chất nhiễm vào khơng khí
Ảnh hưởng địa hình, nhà cửa Khái niệm chung:
Khi có luồng gió di chuyển song song với mặt đất va vào tường chắn vng góc với chiều gió Ở mặt trước tường, khơng khí bị dồn nén lại làm tăng áp suất tỉnh khơng khí Ap suất tĩnh có xu hướng đẩy dịng 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 khơng khí trao đổi với khơng khí vùng xung quanh dễ gây tượng tích tụ chất nhiễm
H 2-1: Quy luật bóng khí động sau tường chắn
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 cơng trình nối chiều gió, cơng trình phía trước ảnh hưởng đến cơng trình phía sau Quy luật bóng rợp khí động đổi khác
(5)Sau vài trường hợp đơn giản nghiên cứu: Nhà đứng độc lập có chiều ngang hẹp
Nhà coi đứng độc lập phía đầu gió ngơi nhà, cơng trình cao có khoảng cách tới tối thiểu tới 10 lần chiều cao Phía gió ngơi nhà khoảng đến 10 lần chiều cao nhà khơng có ngơi nhà kế cận
Nhà xem có chiều ngang hẹp chiều ngang nhà nhỏ 2.5 chiều cao Khi bóng khí động ngơi nhà có chiều cao 1.8h chiều dài 6h phía sau ngơi 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 khơng 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 khơng nằm vùng quẫn gió
Ảnh hưởng địa hình với phân tán chất ô nhiễm:
Ở vùng địa hình khơng phẳng, có đồi, có gị việc phân tán chất 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 gị 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 khơng thể dùng số liệu chung tồn khu vực cho đài khí tượng thông báo
VD: Cụ thể nhà máy nhiệt điện Ninh Bình thiết kế khơng lường hết điều kiện địa hình nên gây ô nhiễm môi trường cho thị xã Ninh Bình vào mùa gió Nam – Đơng Nam Phương pháp tính tốn khuếch tán chất nhiễm mơi trường khí
Phân loại nguồn thải chất ô nhiễm: Theo chiều cao nguồn thải chất ô nhiễm:
Nguồn thải thấp nguồn thải đặt vùng bóng khí động cơng 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
(6)-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 khơng 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 thơng gió Theo chất chất ô nhiễm:
Nguồn thải khí
Nguồn thải bụi chưa xử lý tới 90% Nguồn thải bụi xử lý tới 90%
Phương trình vi phân khuếch tán chất ô nhiễm vào môi trường khí:
Ta xét ống thải chất nhiễm vào khơng 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 khơng 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 dịng khí thải rơi gần chân ống thải Người ta quan sát thấy góc mở rộng vệt khói phạm vi 10 – 20o
(7)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 vng góc với Ox mặt phẳng nằm ngang mặt đất Giả thiết hệ ổn định bảo tồn với gió thổi song song với mặt đất, Taylor (1915) Schmidt (1917) xây dựng lý thuyết khuếch tán chất khí bụi lơ lửng khơng khí với phương trình vi phân tổng quát sau:
Trong đó: C_ Nồng độ chất nhiễm khơng khí x,y,z_ Tọa độ điểm xét
k_ Hệ số khuếch tán rối theo phương x,y,z u_ Tốc độ gió
Năm 1932, Sutton O.G dựa theo lý thuyết Taylor cho phân bố nồng độ chất nhiễm q trình lan toả tn theo luật phân bố chuẩn Gauss đưa kết
Số mũ n có giá trị n = đến 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
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 khơng ổn định 0,1~1m khí ổn định
(8)Giới thiệu phương pháp tính tốn:
Phương pháp Sutton-Pasquill (pp Gauss): ( Cịn gọi mơ hình thống kê kinh nghiệm)
Dạng công thức phổ biến mà Sutton Passquill đưa là:
(24)
Khi xác định nồng độ chất nhiễm gần mặt đất xem z = Khi ta có:
(25) Trong đó:
C - Nồng độ chất nhiễm vị trí có tọa độ x,y,z u - Vận tốc gió
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 = o
C/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 khơng 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 khơng khí xung quanh, lại chuyển động theo chiều ngược lại Kết phần tử khí dao động lên xuống mức
(9)-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 khơng 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, khơng có 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 khơng khí sát mặt đất thấp lớp phía sinh q trình nghịch nhiệt xạ Lớp nghịch nhiệt cao tới vài trăm mét vào sáng sớm
r – Độ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ( = 0,01 oC/m )
Phương pháp tính tốn lệ thc 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 :
Tính nống độ chất ô nhiễm đồng thời nhiều nguồn gây cho điểm:
Trong đó: C – Nồng độ điểm mặt đất (mg/m3
) Ci – Nồng độ gây nguồn thứ i
GiẢm thiỂu ChẤt Ơ NhiỄm mơi trưỜng khí Biện pháp cải tiến công nghệ:
Biện pháp cải tiến cơng nghệ ngày xem có hiệu cao kinh tế kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất lao động, tăng suất giảm phát thải chất ô nhiễm môi trường Nội dung chủ yếu công việc là:
(10)gây ô nhiễm bụi cho khu vực xung quanh Nếu thay kho hở hệ thống xi lô chứa dễ dàng kiểm sốt nguồn phát sinh bụi
- Thay nguyên liệu, nhiên liệu loại có chất độc hại thay dầu F.O có hàm lượng lưu huỳnh cao chất đốt gas
- Tái sử dụng khí thải đến chừng mực dùng lại khí hệ thống vận chuyển khí ép; tận dụng khí thải nhà máy nhiệt điện để sản xuất thạch cao, CaCO3…
-Làm kín cơng đoạn, thiết bị phát sinh khí độc để kiểm sốt dễ dàng, khơng để bụi, khí độc lan tràn vào mơi trường khí