Mô hình hóa_Nhóm 5_dh4qm1_KK

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG - ĐỒ ÁN MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH GAUSS DỰ ĐỐN SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHƠNG KHÍ NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHỊNG Giảng viên hướng dẫn : Phạm Thị Mai Thảo Nhóm SVTH: Nhóm Đoàn Trung Hiếu Nguyễn Thị Huệ Hứa Thị Huyền Nguyễn Ngọc Huyền Phạm Thị Khuê Đinh Thị ThùyTrang Lớp: ĐH4QM1 Hà Nội, 11/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1.Sự cần thiết đề tài Bảo vệ môi trường coi vấn đề sống nhân loại Với phát triển khoa học kĩ thuật nay, tốc độ thị hố ngày cao làm cho tình hình ô nhiễm môi trường nói chung ô nhiễm không khí nói riêng ngày trầm trọng Do đó, bảo vệ môi trường việc làm cấp bách cần thiết hết, nhiệm vụ không riêng quốc gia không riêng Ở nước ta nay, chất thải công nghiệp gây nhiễm khơng khí, đất nguồn nước nhiều khu vực rộng lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sức khỏe người Đặc biệt mơi trường khí chưa nhiều quan tâm Trong đó, cơng nghiệp hóa chất, ngành khai thác chế biến than, ngành nhiệt điện, ngành sản xuất thép,… ngành mà chất thải độc hại, gây nguy hiểm cho môi trường tự nhiên người khơng mà cịn ảnh hưởng đến tương lai lâu dài Ở nước ta điều nguy hại công ty, nhà máy chưa có hệ thống xử lý chất khí trước xả thải môi trường Phần lớn nhà máy xí nghiệp chưa trang bị hệ thống xử lý bụi khí thải độc hại Hàng ngày hàng thải vào khí lượng lớn chất độc hại làm cho bầu khí xung quanh nhà máy trở nên ngột ngạt khó chịu Việc tìm giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí công nghiệp nhiệm vụ cần thiết nhiễm khơng khí cơng nghiệp đối tượng nghiên cứu nhà nghiên cứu hàng đầu nước ta quan tâm Để đưa biện pháp quản lý kiểm soát khắc phục tình trạng cần đánh giá trạng tác động ô nhiễm khơng khí Trong hai phương pháp để đánh giá trạng nhiễm mơi trường khơng khí cơng nghiệp gây vùng phương pháp thực nghiệm phương pháp mơ hình hóa phương pháp đánh giá mơ hình tốn học sử dụng nhiều Đặc biệt điều kiện nước ta nay, vấn đề ô nhiễm môi trường quan tâm, mạng lưới quan trắc đo đạc yếu tố môi trường chưa đủ mạnh, nhà khoa học gặp nhiều khó khăn việc phân tích đánh giá trạng dự báo tác động môi trường ô nhiễm không khí gây dựa vào số liệu ngắn, không đồng Trong mô hình tốn học dùng để tính tốn dự báo khả lan truyền chất ô nhiễm, yếu tố khí tượng đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu Các yếu tố quan trắc thường xuyên hàng tháng, hàng năm theo quy trình định.Trong điều kiện nước ta nay, sử dụng mơ hình tốn học với khối lượng yếu tố khí tượng đủ lớn để tính tốn phàn cho kết tính tốn nhanh, xác hiệu nhiều so với việc vào số liệu đo đạc quan trắc để đánh giá Từ tìm hiểu nhóm chúng tơi định chọn đề tài nhóm là: Ứng dụng mơ hình Gauss dự đốn lan truyền chất ô nhiễm không khí khu vực nhà máy xi măng Hải Phòng để đưa số liệu đo đạc, quan trắc đưa giải pháp nhằm giảm thiểu nhiễm khơng khí khu vực nhà máy xi măng Hải Phòng 1.2 Mục tiêu - Dự báo lan truyền chất ô nhiễm nhà máy gây cho môt trường khơng khí khu vực nhà máy vùng lân cận hoạt động nhà máy - Đề xuất phương án giảm thiểu ô nhiễm 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đè tài trình lan truyền nhiễn mơi trường khơng khí nhà máy 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Không gian: khu vực nhà máy xi măng Hải Phòng Thời gian: tháng 11 năm 2016 1.4 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nhà máy; trạng môi trường không khí nhà máy - Xác định nguồn thải - Tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng tới lan truyền nhiễm - Tính tốn tải lượng nhiễm nhà máy gây nhà máy hoạt động - Sử dụng mơ hình Gauss đánh giá lan truyền chất nhiễm mơi trường khơng khí - Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.1.Tổng quan nhiễm mơi trường khơng khí 1.1.1.Khái niệm Theo tài liệu Cơ sở Khoa học Môi Trường nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, biên soạn PTS Lưu Đức Hải; khái niệm ô nhiễm mơi trường khơng khí sau: “ Ơ nhiễm khơng khí có mặt chất lạ biến đổi quan trọng thành phần không khí, làm cho khơng khí gây tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)” 1.1.2 Phân loại Có nhiều nguồn gây nhiễm khơng khí Có thể chia thành nguồn gốc tự nhiên nhân tạo - Nguồn gốc tự nhiên: tượng tự nhiên gây ra: núi lửa, cháy rừng,… Tổng hợp yêu tố gây ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên lớn phân phối tương đối đồng tồn giới, khơng tập vùng định - Nguồn gốc nhân tạo: +Công nghiệp: nguồn ô nhiễm lớn người Các q trình gây nhiễm q trình đốt nhiên liệu hóa thạch than dầu, khí đốt tạo khí CO2, CO, SO 2, NOx chất hữu chưa thấy hết: muội than, bụi, khí nhiệt thât thốt, rị rỉ +Giao thơng vận tải: Đây nguồn gây ô nhiễm lớn khơng khí đặc biệt khu thị khu dân cư Các q trình tạo khí gây nhiễm q trình đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO2, SOx, NOx, CH4,… Các bụi đất đá theo trình di chuyển Nếu xét phương tiện nơng độ nhiễm tương đối nhỏ độ giao thông lớn đường xá khơng tốt gây nhiễm nặng cho môi trường hai bên đường +Sinh hoạt: Là nguồn gây ô nhiễm tương đối nhỏ, chủ yếu hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu 1.1.3 Các tác nhân gây nhiễm khơng khí Các chất gây nhiễm khơng khí bao gồm: - Các loại oxit như: NO, NO2, SO2, CO, CO2, - Các loại khí halogen: clo, brom, Iốt - Các hợp chất Flo - Các chất tổng hợp ( ete, benzen) - Các chất lơ lửng ( bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật) nitrat, sunfat, phân tử cacbon, muội, khói, - Khí quan hóa ozon, FAN, NOx, andehyt, etylen - Chất thải phóng xạ, nhiệt, tiếng ồn 1.1.4 Sự lan truyền chất nhiễm khí Các chất nhiễm khí tác động yếu tố khí khuếch tán lan truyền vào khơng gian bao quanh nguồn, có yếu tố quan trọng khuếch tán chất nhiễm khơng khí: điều kiện khí tượng, địa hình khu vực, điều kiện nguồn thải Điều kiện khí tượng có ảnh hưởng tới lan truyền chất gây nhiễm khơng khí gồm: hướng gió, đặc điểm phân bố nhiệt độ khí quyển, độ ẩm chế độ mưa Hướng gió, yếu tố có ảnh hưởng tới lan truyền chất nhiễm Khi trời lặng gió, nguồn khí thải lan truyền theo hướng lên cao không gian xung quanh theo tâm ống khói Đặc điểm phân bố nhiệt khí trái đất có ảnh hưởng quan trọng tới lan truyền chất nhiễm khí Trong trường hợp thuận nhiệt chất ô nhiễm không khí đưa lên cao truyền xa Khi nhiệt độ khơng khí tăng theo chiều thẳng đứng ( trường hợp nghịch nhiệt ) chất nhiễm khó truyền lên cao xa Vì vậy, nồng độ chất o nhiễm mặt đất gần nguồn ô nhiễm rát cao, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe dân cư mơi trường khơng khí khu vực đặt nguồn thải Địa hình khu vực có ảnh hưởng mạnh mẽ đến lan truyền chất nhiễm Địa hình có ảnh hưởng trực tiếp đến đặc điểm phân bố nhiệt khí hướng gió khu vực Ở địa hình phức tạp thường xảy thay đổi chế độ nhiệt hướng gió theo mùa, theo thời gian ngày Đặc điểm nguồn thải có ảnh hưởng mạnh khuếch tán chất ô nhiễm không khí Ở nguồn thải thấp khuếch tán chất ô nhiễm chịu ảnh hưởng mạnh địa hình, tốc độ gió,… 1.2.Tổng quan mơ hình hóa 1.2.1 Khái niệm Phương pháp cách tiếp cận toán học mơ iễn biến q trình chuyển hóa, biến đổi (phân tán pha loãng) thực tế thành phần khối lượng chất ô nhiễm không gian theo thời gian Đây phương pháp có mức độ định lượng độ tin cậy cao cho việc mơ q trình vật lý, sinh học tự nhiên dự báo tác động mơi trường, kiểm sốt nguồn gây nhiễm Các mơ hình áp dụng rộng rãi định lượng tác động mơi trường gồm: - Các mơ hình chất lượng khơng khí: dự báo phát tán bụi, SO2,NOx, CO từ ống khói - Các mơ hình chất lượng nước: Dự báo phát tán ô nhiễm hữu (DO,BOD) theo dịng sơng theo thời gian; Dự báo phát tán nhiễm dinh dưỡng (N,P) theo dịng sơng theo thời gian - Các mơ hình dự báo lan truyền dầu; Các mơ hình dụ báo bồi lắng, sói lở bờ sơng hồ, biển - Các mơ hình dự báo lan truyền độ ồn - Các mơ hình dự báo lan truyền chấn động, địa chất Những lưu ý việc sử dụng phương pháp là: phải lựa chọn mơ hình mơ gần với điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu; số liệu đầu vào phải đầy đủ, xác; cần kiểm chứng kết dự báo với thực tế 1.2.2 Các mơ hình tính tốn tải lượng lan truyền nhiễm Mơ hình hóa mơi trường với mơ tiến trình dẫn truyền chuyển hóa vật chất môi trường, đựợc nghiên cứu phát triển ứng dụng nhiều nước giới, nhiều quan nhiều lĩnh vực khác Một mơ hình có độ xác cao có vai trị hỗ trợ nhiều cho tiến trình định cơng tác quản lý mơi trường Các mơ hình tập trung Xây dựng đạt kết định lĩnh vực gồm: Các mô hình phát tán khơng khí, nhiễm nước mặt, nhiễm nước ngầm Hiện nay, giới mô hình phát tán nhiễm khơng khí xây dựng ứng dụng phổ biến cho dạng nguồn điểm ( mơ cho ống khói loại thấp cao) nguồn thải đường ( mô trình phát tán phương tiện chạy đường giao thơng) Cịn nguồn thải nhiễm khơng khí dạng vùng ( hay nguồn thải mặt) phổ biến tính chất khơng điển hình nguồn thải Ở Việt Nam có nghiên cứu mơ hình phát tán nhiễm khơng khí tốn liên quan như: Mơ hình vệt khói Gauss, Mơ hình Berliand Trong đề tài sử dụngMơ hình vệt khói Gauss: Mơ hình vệt khói Gauss: số mơ hình sử dụng rộng rãi giới Mơ hình áp dụng cho nguồn thải điểm Cơ sở mơ hình biểu thức phân bố chuẩn hay gọi phân bố Gauss chất nhiễm khí Kịch tính tốn - Khí tượng: + Vận tốc gió + Hướng gió + Nhiệt độ -Nguồn thải +Chiều cao +Đường kính +Nhiệt độ +Vận tốc khí +Tải lượng nhiễm Mơ hình tính tốn nút lưới Nội suy khơng gian Bản đồ nhiễm Lưới tính Hình 1.1 Mơ tả thơng số đầu vào mơ hình GAUSS Ưu điểm mơ hình: + Đơn giản, dễ thực + Hiệu mơ hình hiển thị dạng đồ họa dễ quan sát nhận định Nhược điểm mơ hình: +Ứng dụng cho bề mặt phẳng mở +Rất khó lưu ý tới yếu tố cản +Các điều kiện khí tượng khơng đổi diện tích rộng +Áp dụng khí có mật độ gần với khơng khí + Áp dụng trường hợp vận tốc gió trung bình u>1m/s Cơng thức tính tốn nơng độ từ nguồn điểm, phát thải liên tục đạt trạng thái dừng có dạng:C(x,y,z)= Trong đó: + C(x,y,z)- nộng độ chất phát thải điểm có tọa độ x,y,z mg/ +Q- Phát thải chất, g/s +K- hệ số chuyển đổi = 1,103 +V- thành phần lưu ý tới phát tán theo phương đứng thành phần có lưu ý tới ảnh hưởng chiều cao ống khói, độ nâng vệt khói sau khỏi nguồn thải, độ cao hịa trộn theo phương thẳng đứng, lắng đọng trọng trường, lắng đọng khơ hạt bụi (đường kính hạt > 20 ) + , - độ lệch chuẩn phát tán theo phương ngang đứng, m +- vận tốc gió độ cao hữu dụng ,p, Nhập số liệu ()p Hình 1.2 quy trình tính vận tốc gió độ cao hữu dụng Cơng thức sở mơ hình lan truyền chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss hay cịn gọi “ mơ hình Gauss” sở C(x,y,z) =expexp() Trong đó: + C: Nồng độ chất ô nhiễm điểm có tọa độ (x,y,z) xét ( mg/m3) + Q: Lưu lượng chất thải ô nhiễm ( mg/s) + u : Tốc độ gió trung bình ( m/s) + : Độ lệch chuẩn phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo phương ngang thẳng đứng (m) + H: Chiều cao nguồn Phương pháp tính tốn xây dựng đồ chun đề cơng cụ GIS + Xây dựng sở liệu đầu vào cho mơ hình tính tốn lan truyền nhiễm + Xây dựng đồ phân bố ô nhiễm + Xây dựng đồ chuyên đề đồ đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí - Xây dựng kịch cho mơ hình Để xây dựng kịch mô phỏng, trước tiên ta phải nhập thông tin cho mơ hình Các thơng tin cần thiết để xây dựng kịch : Thông số phát thải Lưu lượng (m3/s) Tải lượng ( g/s Nhiệt độ khói thải ( oC) Thơng số ống khói Chiều cao (H) Đượng kính ( D) Điều kiện khí tượng Hướng, vân tốc, tần suất gió Độ ổn định khí Áp suất khí Nhiệt độ khơng khí xung quanh Mơ hình Gauss Báo cáo Kết Sơ đồ mơ hình khuếch tán Gauss CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHÒNG 2.1 Lịch sử đời phát triển Cơng ty Xi măng Hải Phịng trực thuộc tổng cơng ty cơng nghiệp xi măng Việt Nam có tiền thân nhà máy Xi măng Hải Phòng người Pháp khởi công xây dựng ngày 25/12/1899 vùng ngã ba sông Cấm kênh đào Hạ Lý, nhà máy sản xuất xi măng Đông Dương, cung cấp xi măng cho Đông Nam Á Với 100 năm hoạt động, nhà máy sản xuất hàng trăm triệu xi măng cho đất nước, có thời gian dài nhà máy miền bắc đảm đương việc sản xuất xi măng chất lượng cao để xây dựng cơng trình trọng điểm cho phục vụ sản xuất Thực định số 1019.TTg ngày 29/11/1997 thủ tướng phủ việc đầu tư dự án nhà máy xi măng Hải Phịng, năm 2003 bắt đầu khởi cơng xây dựng, qua thời gian dài cán công c nhân viên Cơng ty Xi măng Hải Phịng tích cực triển khai cơng việc dự án, dây truyền sản xuất xi măng vào sản xuất clinker vào ngày 30/11/2005 đến vào hoạt động ổn định với suất thiết kế 1,2 triệu clinker/năm 2.2 Vị trí địa lý Cơng ty Xi măng Hải Phịng nằm xã Tràng Kênh, Thị Trấn Minh Đức, huyện Thủy Ngun, Thành phố Hải Phịng Xung quanh ba phía Bắc, Nam, Tây sông Thái, sông Liễu sông Đá Bạch, phía Đơng núi đất liền, cách quốc lộ 10 khoảng 5km 2.3 Hiện trạng chất lượng thành phần mơi trường Mơi trường khơng khí xung quanh Ký hiệu mẫu Tiếng ồn ( dBA ) Tổng bụi NO2 lơ lửng ( mg/m3) ( mg/m3) < 0,1 < 0,05 < 0,1 < 0,05 < 0,1 < 0,05 < 0,1 < 0,05 < 0,1 < 0,05 < 0,1 < 0,05 Mẫu 56,9 Mẫu 61 Mẫu 59 Mẫu 54,4 Mẫu 58,9 Mẫu 67 QCVN 05:2013/BTN MT 70 0,3 0,2 QCVN 26: 2010/BTNMT (Nguồn: trung tâm quan trắc bảo vệ môi trường) SO2 ( mg/m3) CO ( mg/m3) CO2 (%) < 0,026 < 0,026 < 0,026 < 0,026 < 0,026 < 0,026