Ô nhiễm không khí là sự có mặt của tác nhân trong không khí không mong muốn ở nồng độ có thể gây nên ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, đến sự tồn tại và phát triển của sinh vật, l[r]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM
KHÔNG KHÍ & TIẾNG ỒN
HƯNG YÊN - 2012
Trang 2CHƯƠNG 1 NHẬP MÔN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1.1 Giới thiệu về khí quyển
1.1.1 Đặc điểm:
- Khí quyển là lớp không khí trên bề mặt trái đất, không có giới hạn cụ thể
- Khối lượng của khí quyển : 5x1015 tấn, trong đó 99% nằm trong khoảng độ cạo 30km tính từ bề mặt trái đất
- Có khoảng 50 hợp chất hóa học khác nhau
1.1.2 Cấu trúc khí quyển
Dựa vào biến thiên nhiệt độ theo chiều cao, có thể chia khí quyển thành các tầng sau: a/ Tầng đối lưu (Troposphere)
+ Chiều cao từ 0-15km + Chiếm 70% khối lượng + Nhiệt độ giảm theo chiều cao + Các hiện tượng mây mưa, sấm sét đều xẩy ra chủ yếu ở tầng đối lưu, đặc biệt là lớp sát mặt đất dạy 1=2km; lớp khí quyển này ảnh hưởng rất lớn đến sự sống của nhân loại
và thảm động thực vật trên trái đất
b/ Tầng bình lưu (Statosphere)
+ Chiều cao từ 15-50km
+ Chứa lớp ozon (ozon layer) quan trọng ngăn chặn các tia bức xạ độc hại từ mặt trời + Nhiệt độ tăng theo chiều cao (khí ozon trong từng bình lưu hấp thụ tia cực tím từ mặt trời)
+ Chứa lớp ozon (ozon layer) quan trọng ngăn chặn các tia bức xạ độc hại từ mặt trời c/ Tầng trung gian (Mesosphere)
+ Chiều cao từ 50-85 km
+ Nhiệt độ giảm theo chiều cao
d/ Tầng nhiệt (Theomosphere)
+ Chiều cao từ 85-100km
+ Do các phân tử không khí hấp thụ năng lượng của các tia tử ngoại của tia cực tím làm cho nhiệt độ của tầng này càng ngày càng cao theo chiều cao Cũng do sự chiếu xạ của mặt trời
mà một số phân tử không khí bị phân ly, do hình thành lớp điện li nồng độ cao nên tầng này còn gọi là tầng điện li Năng lượng của tầng điện li sẽ đưa sóng điện từ phản hồi về quả đất, vì vậy tầng này có vai trò quan trọng trong việc thông tin vô tuyến điện tử trên trái đất
Trang 3e/ Tầng ngoài:
+ Là tầng ngoài cùng của khí quyển
+ Có độ dày khoảng 800km
+ Nhiệt độ tăng nhanh theo chiều cao
1.2 Thành phần và vai trò của khí quyển
1.2.1 Thành phần
- Thành phần ổn định: N2 (78,09%); O2 (20,95%); Ar (0,93%),
- Thành phần không ổn định: Hơi nước; ozon, metan, CO2,
1.2.2 Vai trò của khí quyển
- Duy trì sự sống
- Điều hòa khí hậu
- Cung cấp tài nguyên
- Thực hiện quá trình đối lưu để tuần hoàn hơi nước
1.3 Khái niệm về ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự có mặt của tác nhân trong không khí không mong muốn ở nồng
độ có thể gây nên ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, đến sự tồn tại và phát triển của sinh vật, làm hư hỏng các công trình kiến trúc, các thiết bị máy móc,
1.4 Các chất gây ô nhiễm không khí
1.4.1 Theo nguồn gốc phát sinh:
- Các chất ô nhiễm sơ cấp: Các chất khí, hơi và chất rắn trực tiếp từ nguồn phát thải vào không khí Những chất ô nhiễm chủ yếu đó là SO2, CO, CO2, bụi,
- Các chất ô nhiễm thứ cấp: Là những chất ô nhiễm do những phát sinh sau: do các chất ô nhiễm sơ cấp khi đi vào khí quyển tác dụng tương hỗ lẫn nhau, hoặc tác dụng với các chất sẵn có trong không khi hoặc do cự chiếu xạ của mặt trời mà quang hợp để tạo thành các chất ô nhiễm khác có các đặc tính vật lý, hóa học hoàn toàn khác với chất ô nhiễm sơ cấp, đặc tính ô nhiễm của nó thường mạnh hơn nhiều so với các chất ô nhiễm sơ cấp Các chất
ô nhiễm thứ cấp chủ yếu là Axit sulfuaric, muối sulfat, NO2, HNO3 ,
1.4.2 Theo trạng thái vật lý:
- Các chất ở thể khí: SO2, NO, H2S, NH3,
- Các chất ở dạng hơi: H2SO4, các hơi dung môi hữu cơ
Trang 4- Dạng rắn: Bụi, khói,
1.5 Nguồn gây ô nhiễm không khí
1.5.1 Nguồn tự nhiên:
- Cháy rừng, núi lửa, bão bụi, phấn hoa, phân hũy xác động thực vật
1.5.2 Nguồn nhân tạo: Đây là nguồn gây ô nhiễm chính, người ta quan tâm giải quyết nguồn này Nguồn nhân tạo nguy hiểm ở chổ rất dễ xảy ra hiện tượng ô nhiễm cục bộ với nồng độ cao gây tác hại lớn cho con người và môi trường
- Hoạt động sản xuất công nghiệp: Các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, vật liệu xây dựng, thực phẩm,
- Hoạt động giao thông vận tải: Gây ô nhiễm do quá trình cháy nhiên liệu thải ra, ngoài ra còn do sự hoạt động gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn, rung,
- Hoạt động nông nghiệp: Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, phân hũy rác thải nông nghiệp, đốt rơm rạ,
- Hoạt động sinh hoạt: Phân hủy rác thải sinh hoạt, sử dụng thai tổ ong,
1.6 Giới thiệu Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về môi trường khí
1.6.1 Tiêu chuẩn chất lượng không khí
TCVN 5937- 2005 - Chất lượng không khí- Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh TCVN5938-2005 - Chất lượng không khí- Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh
TCVN 5939-2005- Chất lượng không khí- Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
TCVN 5940-2005 – Chất lượng không khí công nghiệp đối với chất các chất hữu cơ
1.6.2 Tiêu chuẩn phát thải khí
TCVN 6992-2001 – Tiêu chuẩn phát thải một số chất vô cơ trong vùng đô thị
TCVN 7440- 2005- Tiêu chuẩn phát thải ngành công nghiệp nhiệt điện
1.6.3 Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng môi trường không khí
- Sự khác nhau giữa TCVN và QCVN là TCVN thi không bắt buộc và QCVN thì bắt buộc
- QCVN thường yêu cầu thấp hơn TCVN
QCVN 23:2009/BTNMT - Khí thải sản xuất xi măng
QCVN 22:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp nhiệt điện
QCVN 21:2009/BTNMT - Khí thải sản xuất phân bón hóa học
QCVN 20:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ
QCVN 19:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
QCVN 06:2009/BTNMT - Chất độc hại trong không khí xung quanh
Trang 5QCVN 34:2010/BTNMT - QCKTQG về Khí thải công nghiệp lọc hóa dầu đối với bụi và các chất vô cơ
1.7 Hiện trạng ô nhiễm không khí ở Việt Nam
- Ô nhiễm không khí do hoạt động GTVT:
+ Các phương tiện giao thông ở VN đạt tiêu chuẩn quá thấp, hiện đang áp dụng TC Euro 2 + Cơ sở hạ tầng chưa hoàn chỉnh
- Ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp:
+ VN là nước có gần 70% hoạt động nông nghiệp, lượng khí thát thải rất lớn: từ hai nguồn chính: phế phẩm nông nghiệp và hóa chất BVTV
+ Thuốc BVTV chưa kiểm soát chặt nên nguy cơ ô nhiễm cao
- Hoạt động công nghiệp:
+ Đốt nhiên liệu hóa thạch: khí nhà kính
+ Khả năng kiểm soát không hợp lý nên nhiều quá trình gây phát thải
- Hoạt động ở các làng nghề:
CHƯƠNG 2 TÁC HẠI CỦA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 2.1 Ảnh hưởng tới môi trường ở quy mô hẹp (local)
- Ảnh hưởng tới hệ sinh thái:
Ô nhiễm không khí ảnh hưởng rất lớn đến hệ sinh thái, cụ thể là suy giảm đa dạng sinh học Tùy vào những loại khí thải khác nhau mà sự ảnh hưởng sẽ khác nhau
- Ảnh hưởng tới tài sản: Ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến nhiều công trình kiến trúc, chẳng hạn mưa axit ảnh hưởng đến các công trình làm từ vật liệu là kim loại
- Ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống: Ô nhiễm môi trường làm cho chất lượng cuộc sống tiềm ẩn nhiều rủi ro
- Hạn chế tầm nhìn: Ô nhiễm bụi hoặc sương mù ảnh hưởng đến tầm nhìn
- Một số ảnh hưởng khác tới khí quyển
2.2 Tác hại tới sức khỏe con người
2.2.1 Khó khăn trong việc nghiên cứu tác hại của ô nhiễm không khí tới sức khỏe con
người
- Do hàm lượng các chất độc trong không khí thường bé nên phương pháp được ứng dụng để xác định chúng phải đạt độ nhạy và độ chính xác cao Bên cạnh đó, muốn đạt
Trang 6được kết quả cao cần phải tiến hành liên tục Hiện nay trên thế giới người ta đã sử dụng các dụng cụ đo ghi liên tục các kết quả của đối tượng đo
- Ở nước ta chưa có khả năng đầu tư nên việc tiến hành xác định chất độc trong khí thải được tiến hành theo phương pháp cổ điển Nguyên lý chung là hấp thụ chất ô nhiễm bằng dung môi thích hợp, sau đó tiến hành phân tích bằng phương pháp hóa học để định lượng chúng Phương pháp này có khả năng gây sai số do cả nguyên nhân chủ quan và khách quan
2.2.2 Phương thức xâm nhập vào cơ thể của của chất ô nhiễm không khí
- Qua đường tiêu hóa: Ít và ảnh hưởng không lớn
- Qua da: Tiếp xúc với các loại như hơi axit hoặc một số tác nhân mẫn cảm, tuy nhiên phương thức này cũng ảnh hưởng không lớn
- Qua đường hô hấp: Đây là phương thức xâm nhập chủ yếu và ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người Khi xâm nhập vào cơ thể, sẽ ảnh hướng đến các bệnh về đường hô hấp
2.2.3 Tác hại của một số chất ô nhiễm không khí tới sức khỏe con người
a/ Tác hại của bụi:
- Bụi gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động thực vật và làm chậm phát triển của cây cối
- Gây tác hại đến các công trình như gây bẩn, mài mòn
- Làm tán xạ ánh sáng
- Các bệnh của con người có thể do bụi như viêm cuống phối, viêm phổi,
b/ Tác hại của khí SO 2 :
- Tác hại của SO2 đến sức khỏe con người tùy thuộc vào nồng độ của nó:
+ [SO2]= 1ppm có thể gây ra các bệnh về phổi + [SO2]> 10ppm làm sưng tấy mắt, mủi và cổ họng bắt đầu được nhận thấy
- Đối với cây trồng: tác hại chủ yếu là bệnh vàng lá, mất diệp lục
- SO2 gây mưa axit, đầy là một trong những tác nhân chính gây mưa axit
c/ CO2
Trang 7- Nếu nồng độ CO2 thấp thì sẽ là một chất không độc và không tạo nên những ảnh hưởng đáng kể Nó có nhiều trong khí quyển cần thiết cho cây trồng, và nó không được xem là chất gây ô nhiễm
- Nếu nồng độ CO2 tăng đột biến, là nguyên nhân do phá rừng, đốt nhiên liệu hóa thạch,
lúc đó ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề biến đổi khí hậu do Hiệu ứng nhà kính gây ra
d/ Tác hại của khí CO
- CO là khí có tác hại nguy hiểm đến sức khỏe con người, đấy là phản ứng với Hemoglobin trong máu, ngăn chặn sự lưu chuyển oxy
- Ảnh hưởng đến con người từ mức độ từ đâu đầu nhẹ đến buồn nôn và có thể dẫn đến thiệt mạng phụ thuộc vào nồng độ và thời gian lan tiếp xúc
CO (%) Các ảnh hưởng đến sức khỏe
<1 Không có biểu hiện ảnh hưởng
1-2 Một số dấu hiệu ảnh hưởng đến hình thức cư xử
2-5 Ảnh hưởng đến hệ thần kinh, suy yến sự nhận thức về thời
gian, sự nhạy bén về thị giác và các chức năng thần kinh khác 5-10 Thay đổi chức năng tim phổi
10-80 Đâu đầu, mệt mỏi, uể oải, hôn mê và có thể tử vong
e/ NOx
- Tiếp xúc với NOx nồng độ tự 100-500ppm trong không khí có thể gây co thắt đột ngột phế quản và chết do trụy hô hấp
- Tiếp xúc ở nồng độ thấp hơn thường xuyên thì có thể bị kích thích nhẹ, mất nhận biết, ngứa cổ, ho và co thắt lồng ngực
f/ Các chất ô nhiễm không khí có độc tính cao - mối lo ngại toàn cầu
- Một số chất vô cơ: Hg, Pb vv…
- Một số chất hữu cơ: Dioxins và furans, PCBs, PAHs vv…
2.4 Ảnh hưởng tới môi trường ở quy mô khu vực và toàn cầu
2.4.1 Suy giảm tầng ozon
a/ Quá trình hình thành tầng ozon
Tia cực tím phá vỡ phân tử oxi tạo thành oxi nguyên tử, Oxi nguyên tử sau đó kết hợp với phân tử oxi chưa phá vỡ để thành ozon Các tia cực tím có trong ánh nắng mặt trời phân hủy ozon thành phân tử oxi và nguyên tử oxi Quá trình này cứ liên tục xảy ra gọi là chu trình ozon – oxi.Tầng ozon lọc hầu hết các tia cực tím của mặt trời, tia gây hại cho phần lớn các sinh vật trên trái đất như ung thư da, đột biến gen, bệnh nan y…
b/ Nguyên nhân suy giảm tầng ozon
Trang 8Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thủng tầng ozon là khí CFCs (Chlorofluorocarbons – còn gọi là freons), thành phần làm lạnh trong ngành công nghiệp điện lạnh (tủ lạnh, máy lạnh…,), bình cứu hỏa, bình xịt Các dung dịch freon lỏng bay hơi, bốc thẳng lên tầng ozon trong khí quyển, phá vỡ kết cấu tầng này, làm giảm nồng độ khí ozon Các hóa chất này không
có trong tự nhiên mà do con người tạo ra, trái đất bao bọc trong khí CFCs Chính con người là thủ phạm làm thủng tầng ozon, đe dọa sức khỏe của chính mình.Theo nghiên cứu của cơ quan NaSa, lỗ thủng này đã mở rộng tới 17,6 triệu km2 ở Nam cực
2.4.2 Sự ấm lên toàn cầu (Hiệu ứng nhà kính)
a/ Nguyên nhân
b/ Cơ chế hình thành
c/ Tác hại: Gây biến đổi khí hậu toàn cầu
2.4.3 Mưa axit
a/ Nguyên nhân
b/ Tác hại
2.5 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí
a/ Các biện pháp mang tính vĩ mô:
Liên minh toàn cầu trong việc làm sạch bầu khí quyển, chẳng hạn như Nghị định thư Kyoto,
b/ Các biện pháp mang tính cục bộ:
Áp dụng công nghệ sạch
- Thay đổi công nghệ mới (thường tốn kém)
- Tiết kiệm, tận dụng phế phẩm (SXSH)
- Vận hành và quản lý máy mọc và quy trình công nghệ
- Thay thế nguyên liệu sạch để hạn chế ô nhiễm
Xử lý triệt để tại nguồn: Lắp đặt hệ thống xử lý trước khi thải ra môi trường
Duy trì trạng thái tự nhiên của không khí: Trong nhà xưởng chứa đựng rất nhiều khí thải độc hại, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe người lao động, làm ảnh hưởng đến năng suất cũng như chất lượng sản xuất Duy trì trạng thái tự nhiên nghĩa là lắp đặt hệ thống thông gió để đưa không khí bẩn trong nhà xưởng ra ngoài và đưa không khí sạch bên ngoài vào trong xưởng Có hai cách thông gió phổ biến:
- Thông gió tự nhiên
- Thông gió cưỡng bức
Trang 9 Trồng cây xanh: Cây xanh có tác dụng rất lớn trong việc hạn chế ô nhiễm không khí như chắn giữ bụi, lọc sạch không khí, giảm tiếng ồn, giảm nhiệt độ và điều hòa các thành phần trong không khí
Theo quy định, trong các khu công nghiệp, diện tích cây xanh phải chiếm từ 15-20%
CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT Ô NHIỄM BỤI 3.1 Khái quát và phân loại bụi
3.1.1 Khái niệm
Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo thành trong quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dưới tác dụng của các dòng khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất người ta gọi là bụi
Bụi là hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc- các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại lơ lững trong những khoảng thời gian dài ngắn khác nhau
Sol khí (aerosol) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lững trong thời gian dài không hạn định
Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với bột, tức là loại vật chất vụn, rời rạc
Aerosol còn được chia thành: Bụi, khói, sương
Bụi là các hạt rắn có kích thước từ 5-50m, Khói là các hạt rắn có kích thước từ 0,1-5m
Sương bao gồm các giọt lỏng có kích thước từ 0,3 - 5m và được hình thành do ngưng tụ hơi hoặc khi phun chất lỏng trong khí
Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu hạt
Một số khái niệm
Đường kính tương đương δtđ của hạt bụi có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có thể tích bằng thể tích hạt bụi
Vận tốc lắng chìm v c của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt bụi trong môi trường tĩnh dưới tác
dụng của trọng lực Vận tốc lắng chìm của hạt phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và khối lượng đơn vị, và độ nhớt của môi trường
Đường kính lắng chìm δc của hạt là đường kính của hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dạng phi chuẩn đang xem xét
Trang 10Đường kính lắng chìm được xác định theo công thức sau:
g
H
b C
) (
10
18 7
Trong đó: µ- độ nhớt động lực của môi trường, Pa.s,
ρb, ρ- khối lượng đơn vị của bụi và môi trường, g/cm3
H- Chiều cao rơi của hạt, cm
g- gia tốc trọng trường, m/s2, τ- thời gian rơi, s
3.1.2 Sức cản của môi chất trong trường hợp hạt có dạng hình cầu chuyển động với vận tốc không khí
Muốn tách được bụi ra khỏi dòng khí, các phần tử bụi sẽ chịu tác động của một số lực làm cho chúng bị tách ra khỏi dòng khí, các lực này đủ lớn đề loại được bụi ra khỏi dòng khí trong khoảng thời gian mà dòng khí đi qua thiết bị lọc bụi
Các lực gây ra với hạt bụi với một vận tốc thành phần khác hướng với chuyển động của dòng khí và do đó dòng khí sẽ sản ra một lực cản tác dụng ngược lại lên hạt bụi
Xét trường hợp các hạt bụi hình cầu chuyển động với vận tốc không đổi và ổn định trong một dòng liên tục vô hạn Vì thế, đầu tiên ta sẽ xem xét trường hợp này
Khi một hạt hình cầu đường kính δ chuyển động trong môi chất với vận tốc v thì lực cản
F được xác định theo định luật Newton
2 0
2
1
v A
F (2.1) Trong đó: 1/2 ρv2- động năng của dòng môi chất chuyển động theo với vận tốc v, m
Tiết diện ngang trực đối của hạt đối với hướng chuyển động- tức là hình chiếu của hạt trên mặt phẳng trực giao với vectơ vận tốc
ξ0- Hệ số tỷ lệ, hệ số sức cản (Hóa công là ξ) ρ- Khối lượng đơn vị của môi chất
Đối với hạt hình cầu đường kính là δ, thì A= Пδ2/4 Suy ra:
2 2 0
8
1
v
F (2.2)
Từ đó suy ra: 0 8 2 2
v
F
Thực nghiệm cho thấy, hệ số trở lực ξ0 phụ thuộc vào chuẩn số Re
v
Re ρ- Khối lượng đơn vị của môi chất, kg/m3
µ- Hệ số nhớt động lực (học) của môi chất, Pa.s; kg/m.s; N.s/m2.
Khi vận tốc bé, Re<1, dòng môi chất trước và sau hạt gần như đối xứng Các phần tử của môi chất khi gặp vật cản (hạt hình cầu) chịu một gia tốc nào đó theo phương trực giao, nhưng tác động của lực quán tính quá yếu nên không gây ra sự chậm trể nào trong việc nhập dòng ở đằng