Baigiai chuong 6 mhh 2016

Sulfur dioxide phát thải với tốc độ 160g/s vào khí quyển từ một ống khói có chiều cao hiệu dụng là H = 60m.. Xác định nồng độ của sulfur dioxide tại mặt đất dọc theo đường trục cách

Trang 1

TPHCM

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP CHƯƠNG 6

GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

BK

6.1 Sulfur dioxide phát thải với tốc độ 160g/s

vào khí quyển từ một ống khói có chiều

cao hiệu dụng là H = 60m Tốc độ gió tại

đỉnh ống khói là 6m/s và độ bền vững khí

quyển là D Xác định nồng độ của sulfur

dioxide tại mặt đất dọc theo đường trục

cách chân ống khói 500m

Trang 2

BK

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

3

BÀI GIẢI BÀI TẬP 6.1

v Tính toán trong điều kiện vùng Đô thị

Áp dụng công thức (6.20) tính toán nồng độ tại mặt

đất dọc theo hướng gió (trục x):

Với x = 500 m và độ ổn định loại D, từ hình vẽ 6.11

σ π

2

2 z

z y

H exp

u

Q C

( ) ( )

3

2

2 6

/

?1093

652

60exp

65786

10160)

0,0,500

(

m g

Trang 3

TPHCM BÀI GIẢI BÀI TẬP 6.1

v Tính toán trong điều kiện vùng nông thôn

Với x = 500 m và độ ổn định loại D, từ hình vẽ 6.11

σ π

2

2 z

z y

H exp

u

Q C

762

5182

605

18386

101600

0

500

m g

C

/

?,

,

exp,

),,

Trang 5

6.2 Sử dụng số liệu cho trong bài tập 6.1, xác

khói 500m và cách đường trục 50m theo

phương trục y, C(500,50,0)

BK

a Tính toán trong điều kiện đô thị , Áp dụng công

thức (6.19):

Nhận xét: theo phương y ở khoảng cách (50 m)

bằng 10% khoảng cách dưới hướng gió (500 m)

σπ

2 2

2

z y

H exp

y exp

u

Q C

( )

3 2

2

/ 890

?

? 78

2

50 exp

1093 )

0 , 50

Trang 6

BK

TPHCM

11

b Tính toán trong điều kiện nông thôn , Áp dụng

công thức (6.19):

Nhận xét: theo phương y ở khoảng cách (50 m)

bằng 10% khoảng cách dưới hướng gió (500 m)

σπ

2 2

2

z y

H exp

y exp

u

Q C

( )

3 2

2

129 127 38

2

50 7

62 0

6.3 Sử dụng số liệu cho trong bài tập 6.1

Xác định vị trí dưới hướng gió trên đường

trục tại mặt đất xảy ra nồng độ cực đại và

xác định giá trị cực đại này

Sulfur dioxide phát thải với tốc độ 160g/s vào khí

quyển từ một ống khói có chiều cao hiệu dụng là

H = 60m Tốc độ gió tại đỉnh ống khói là 6m/s và

độ bền vững khí quyển là D

Trang 7

BK

TPHCM

13

thể được xác định bằng cách sử dụng hình vẽ

6.13 Đối với độ ổn định loại D và H = 60 m, tìm

được trên hình vẽ (6.13):

Trang 8

BK

TPHCM

15

Cách 2: Sử dụng công thức:

42,4 m và độ ổn định loại D là 1,55 km, đây là

điểm dự kiến có nồng độ cực đại Giá trị nồng độ

C tại vị trí này tính bằng công thức (6.26):

m H

105 ( 6

10 160 1171 , 0 1171

, 0

m g u

Q C

z y

µ σ

Trang 9

Cách 3: Sử dụng công thức:

2 5

3 2

max

/ 740

10 8 , 2 ) 487 , 10 exp(

60 ln 0 , 0 60 ln 0934 , 0 60 ln 5610 , 1 5302 , 2 exp

ln ln

ln exp

m g C

m

H d H c H b a Q

Trang 10

6.4 Tốc độ phát thải nhiệt của khí thải từ ống khói

là 4800 KJ/s Tốc độ gió và vận tốc khí thải lần

lượt là 5 và 15m/s Đường kính trong của ống khói

tại miệng thải là 2 m Xác định độ nâng cao của

luồng khói bằng công thức Moses và Carson,

công thức Holland, và công thức Concawe

BK

1 Công thức của Carson và Moses (1969):

V s = tốc độ khí thải thoát ra khỏi miệng ống khói, m/s

u s = tốc độ gió tại miệng ống khói, m/s

d s = đường kính miệng ống khói, m

Q h = tốc độ phát thải nhiệt, KJ/s

( ) (6.29 )

62 , 2 029

, 0

2 / 1

d u

Q u

d V h

s

h s

s s

5

4800 62

, 2 5

2 15 029

Trang 11

BK

TPHCM

21

2 Công thức Holland cho mô hình Gaussian (1970):

Hay

) 30 6 ( 10

68 , 2 5 ,

=

s

a s s s

s s

T

T T Pd u

d V h

m

215

48000096

,05,15

215

=+

d V

Q u

d V h

s

h s

s

s 1,5 0,0096

BK

3 Công thức của Concawe:

Kết quả tính toán từ 3 công thức sai lệch nhau đáng kể Tuy

nhiêm trong thực tế sự sai lệch như trường hợp này rất

hiếm Để an toan trong tính toán ta chọn Δh = 18,2 m để

tính toán

) 32 6 ( 71

,

444 , 0

m

09 , 3

1 , 43 71 , 4 )

5 (

) 4800 (

Trang 12

6.5 Sulfur dioxide phát thải từ một ống khói có

chiều cao hiệu dụng là H = 220m trong vùng nông

thôn với tốc độ thải 0,90kg/s Tốc độ gió tại đỉnh

ống khói là 4,8m/s và độ bền vững khí quyển loại

B Xác định nồng độ dưới hướng gió trên đường

trục tại mặt đất ở các khoảng cách: a) 0,5; b) 0,8;

c) 1,0; d) 1,2; e) 1,6; f) 2,0; g) 3,0; g) 4,0km Vẽ

đường biểu diễn của C theo khoảng cách

BK

Áp dụng công thức (6.3) tính toán nồng độ tại mặt đất dọc theo hướng gió (trục

x):

Trong đó:

H = 220 m trong vùng nông thôn

Tốc độ thải Q = 0,90 kg/s

Tốc độ gió tại đỉnh ống khói là V s = 4,8 m/s

a) Với x = 500 m và độ ổn định loại D[ σy = 78 m và σz = 50 m [ C = ? μg/m 3

b) Với x = 800 m và độ ổn định loại D[ σy = ? m và σz = ? m [ C = ? μg/m 3

c) Với x = 1000 m và độ ổn định loại D[ σy = ? m và σz = ? m [ C = ? μg/m 3

d) Với x = 1200 m và độ ổn định loại D[ σy = ? m và σz = ? m [ C = ? μg/m 3

e) Với x = 1600 m và độ ổn định loại D[ σy = ? m và σz = ? m [ C = ? μg/m 3

f) Với x = 2000 m và độ ổn định loại D[ σy = ? m và σz = ? m [ C = ? μg/m 3

g) Với x = 3000 m và độ ổn định loại D = ? m và = ? m C = ? g/m 3

σ π

2

2 z

z y

H exp

u Q C

Trang 13

BK

TPHCM

25

Với x = 500 m và độ ổn định loại D, từ hình vẽ xác

σ π

2

2 z

z y

H exp

u

Q C

502

22050

7884

100

0500

m g

C

/

?

exp,

??

),,

Trang 14

cao hiệu dụng 50m trong khu vực nông thôn Tốc

độ gió tại độ cao 10 m là 2,5m/s trong suốt thời

gian khảo sát ban đêm, độ mây bao phủ >50%

Biết tốc độ phát thải là 0,06g/s, xác định: a) Nồng

độ cực đại mặt đất và khoảng cách có nồng độ

cực đại; b) Vẽ đường biểu diễn nồng độ mặt đất

theo khoảng cách y tại vị trí x xác định được

trong câu a) cho các giá trị của y là 50, 100, 200,

300m

Trang 15

Trời quang mây hay độ che phủ

A – cấp độ không bền vững (ổn định) vững mạnh; (strongly unstable); B – cấp độ không

bền vững vừa (moderately unstable); C - cấp độ không bền vững nhẹ (slightly unstable); D

– cấp độ khí quyển trung tính (neutral); E - cấp độ bền vững nhẹ (slightly stable); F - cấp

độ bền vững vừa (moderately stable)

(Qui luật Logarit trong lớp bề mặt)

Qui luật hàm mũ trong lớp Ekman

Za ~ 10 m = chiều cao của anemometer

)17.5()

()(

p

a a z

z z U z

= 4, 39 m / s

Trang 16

BK

TPHCM

31

xác định bằng cách sử dụng hình vẽ Đối với độ

ổn định loại E và H = 50 m, tìm được trên hình vẽ:

Trang 17

6.7 Một nhà máy xử lý rác dự kiến sẽ phát thải

là nồng độ cho phép tại mặt đất cách chân ống

định chiều cao hiệu dụng ống khói cần thiết với

vận tốc gió lần lượt là 4m/s và 8m/s Biết rằng

nhà máy đặt trong khu vực nông thôn

BK

a Trường hợp vận tốc gió = 4m/s

Tính toán σ yσz từ công thức:

Từ hình vẽ 6.18 với σ yσz = 9,87×10 3 và khoảng cách 1000 m

ta xác định được một điểm nằm giữa hai cấp độ bền

vững khí quyển B và C Với cùng khoảng cách này trên

hình vẽ 6.12 giá trị của σ z = 85 Chiều cao hiệu dụng của

ống khói là

Trong thực tế chọn chiều cao ống khói là 120 m

4 )(

120 (

86400 /

1 ) 10 )(

5 , 3 ( 1171 , 0 1171 , 0

Q

z

yσ

σ

Trang 19

BK

TPHCM

37

a Trường hợp vận tốc gió = 8m/s

Tính toán σ yσz từ công thức:

Từ hình vẽ 6.18 với σ yσz = 4,94×10 3 và khoảng cách 1000 m

ta xác định được một điểm nằm giữa hai cấp độ bền

vững khí quyển C và D Với cùng khoảng cách này trên

hình vẽ 6.12 giá trị của σ z = 55m Chiều cao hiệu dụng

của ống khói là:

8 )(

120 (

86400 /

1 ) 10 )(

5 , 3 ( 1171 , 0 1171 , 0

6.8 Một nhà máy điện hiện hữu phát thải SO 2 qua ống khói

với nồng độ đo được là 200µg/m 3 tại vị trí cách chân ống

khói 800m về phía dưới hướng gió, vận tốc gió lúc đo tại

đỉnh ống khói là 4m/s thổi từ hướng Nam đến, trong

khoảng thời gian đo độ bền vững khí quyển loại C Một

nhà máy mới khác được xây dựng cách nhà máy hiệu

hữu 200m về phía Tây Nhà máy mới đốt dầu khoảng

4000kg/h Dầu nhiên liệu chứa 0,5% sulfur Nhà máy mới

này có chiều cao hiệu dụng ống khói là 60m và không có

thiết bị xử lý SO 2 Trong cùng điều kiện khí quyển như trên,

ước tính % gia tăng của nồng độ SO 2 tại vị trí dưới hướng

gió như nói trên

Trang 20

BK

TPHCM

39

1 Tính toán tốc độ phát thải (Q) của SO 2 :

- Khối lượng lưu huỳnh trong 1kg nhiên liệu dầu:

1 kg x 0.5% = 0.005 kg = 5 gS/1kg dầu

- Phương trình phản ứng cháy S:

Giả sử rằng 100% S trong dầu khi đốt bị biến thành SO 2 trong quá trình

đốt, do đó khối lượng SO 2 sinh ra từ 1 kg dầu là:

2

2 exp 2 exp )

60 , 0 , 200 , 800 (

z y

H y

u

Q C C

σ σ

σ σ π

2 6

60 exp

85 2

200 exp

50 85 4

10 11 , 11 )

60 , 0 ,

Trang 21

6.9 Xác định nồng độ hydrô cacbon tổng cộng tại

vị trí 300m dưới hướng gió do ảnh hưởng của

đường cao tốc vào thời điểm buổi chiều lúc

đường cao tốc với vận tốc 4m/s Một độ giao

thông là 8000 xe/giờ và vận tốc xe trung bình là

40km/h Tốc độ phát thải trung bình hydrôcacbon

Trời quang mây hay độ che phủ

Trang 22

số xe trên một đơn vị chiều dài đường F L

m xe km

m h

km

h xe V

F

) / ( 1000 )

/ ( 40

) / ( 8000

xe s

g F

Trang 23

BK

TPHCM

45

v  Thời điểm buổi chiều lúc 17h30 trời nhiều mây ð độ ổn

định loại D Hệ số khuếch tán σz xác định theo biểu đồ

trên hình vẽ 6.15 với khoảng cách 300m dưới hướng gió

và độ ổn định loại D ta có σz = 17 m

v  Nồng độ chất ô nhiễm từ một nguồn đường đặt tại mặt

đất tính theo công thức (6.39a) với z = 0:

/

1 exp 2 2

2 0

, ,

z z

u

Q z

x C

σ σ

π

( )

3 3

3 2

/ 1

3

/ 9 , 46 /

10 0469 , 0 ) ( 17 ) / ( 4 2

) / ( 10 4 2 0

m

m s g

6.10 Một đường cao tốc có lưu lượng xe lưu thông

là 10.000 xe/h căn cứ vào tài liệu điều tra, hệ số

phát thải carbon monoxide (CO) là 3g/km/xe ở

vận tốc 50km/h và 27g/km/xe ở vận tốc 5km/h

Tính toán nồng độ của CO trong trường hợp xấu

nhất cho vị trí tại lề đường trong hai trường hợp

thổi vuông góc với đường cao tốc với vận tốc

1m/s

Trang 24

BK

TPHCM

47

v  Tốc độ phát thải tính cho đơn vị chiều dài của nguồn

đường Q L , được tính toán bằng cách lấy lưu lượng xe F

(10.000 xe/giờ) nhân với hệ số phát thải carbon monoxide

(CO) là EF = 3g/km/xe và 27g/km/xe)

Trường hợp vận tốc xe V = 50km/h

Trường hợp vận tốc xe V = 5 km/h

m s g s

h m

km xe

km

g h

xe EF

F

3600

1 1000

1

3

50 )

50

m s g s

h m

km xe

km

g h

xe EF

F

3600

1 1000

1 27

5 )

5

BK

v Trường hợp xấu nhất là độ ổn định F Trong hình

vẽ 6.15 ta thấy rằng với khoảng cách nhỏ nhất là

tại mặt đất tính theo công thức (6.39a) với z = 0 m

/

2

20

,

z z

u

Q z

x

C

σσ

π

Trang 25

BK

TPHCM

49

( )

3 3

3 2

/ 1

3

/

???

2 , 2 /

10 2 , 2 ) ( 4 ) / ( 1 2

) / ( 10 3 , 8 2

m

m s g

3 2

/ 1

3

/

???

95 , 19 /

10 95 , 19 ) ( 4 ) / ( 1 2

) / ( 10 75 2

m

m s g

6.11 Sulfur dioxide phát thải với tốc độ 160g/s vào

khí quyển Tại chiều cao ống khói có vận tốc gió

là 6 m/s Người ta mong muốn rằng nồng độ tại

mặt đất trên đường trục cách chân ống khói

800m không vượt quá tiêu chuẩn cho phép là 200

khói

Trang 26

Từ hình vẽ 6.18 với σ yσz = 1,56×10 4 và khoảng cách 800 m ta

xác định được một điểm nằm giữa hai cấp độ bền vững

khí quyển A và B Với cùng khoảng cách này trên hình vẽ

6.12 giá trị của σ z = 115 Chiều cao hiệu dụng của ống

khói là

4 6

max

10 56 , 1 )

6 )(

200 (

) 10 )(

160 ( 1171 , 0 1171 , 0

σ y

σ z

Trang 27

6.12 Một nhà máy điện có ống khói cao 100m với đường kính

trong ống khói là 2m Vận tốc thoát của khí thải tại miệng ống

khói là 15m/s, Tốc độ phát thải nhiệt từ khí thải là 4800kJ/sec

Tốc độ gió tại đỉnh ống khói là 4m/s Cho điều kiện khí quyển

trung tính, xác định:

a) Tính toán độ nâng cao vệt khói bằng cách áp dụng 3 công

thức khác nhau Các công thức này phải bao gồm 2 yếu tố

gây ra độ nâng cao vệt khói riệng biệt Tính toán và so sánh

các kết quả của 2 thành phần trên

b) Nồng độ của benzene trong khí thải là 40 g/m 3 Tính toán nồng

độ tại mặt đất trên đường trục ở khoảng cách 1km, 2km, và

10km So sánh các kết quả đạt được với quy chuẩn không khí

xung quanh của Việt Nam

Trang 28

BK

TPHCM

55

BÀI GIẢI BÀI TẬP 6.12 (1)

a Tính toán độ nâng cao vệt khói bằng cách áp dụng 3

công thức khác nhau

1 Công thức của Carson và Moses (1969):

Điều kiện khí tượng trung tính:

Công thức kết hợp:

4

4800 64

, 2 4

2 15

35

,

0

2 / 1

= +

, 2 4

2 15 029

,

0

2 / 1

= +

TPHCM BÀI GIẢI BÀI TẬP 6.12 (2)

2 Công thức Holland cho mô hình Gaussian (1970):

Chọn Δh = 22,77 m để tính toán khuếch tán

H = h s + Δh = 100 + 22,77 = 122,77 m

s

h s

s s

u

Q u

d V

,04

215

Trang 29

BK

TPHCM

57

b Tính toán nồng độ tại mặt đất trên đường trục ở khoảng

cách 1km, 2km, và 10km

Tốc độ phát thải Q (g/s) tính toán bằng cách nhân nồng độ

chất ô nhiễm trong khí thải C kt (40 μg/m 3 ) với lưu lượng

khí thải q (m 3 /s) Lưu lượng khí thải được tính toán bằng

vận tốc khí thải V s nhân với diện tích tiết diện ngang của

miệng ống khói A s

s m

d V A V

s s

4

) 4 ( 15 4

3 2

g m

g s

m C

q

10

1 ) / ( 40 ) / ( 124 ,

6 3

BK

TPHCM BÀI GIẢI BÀI TẬP 6.12 (4)

Áp dụng công thức (6.20) tính toán nồng độ benzene tại mặt đất:

H = 122,77 m trong vùng nông thôn

Tốc độ thải Q = 1885x10 -6 g/s

Tốc độ gió tại đỉnh ống khói là u s = 4 m/s

( ) ( ) ( )

3 9 2

2 6

3 6 2

2 6

3 3

2 2 6

/ 10 466 , 3 130 2

77 , 122 exp 130 520 4

) / ( 10 1885 ) ,

77 , 122 exp 50 130 4

) / ( 10 1885 ) ,

000181 , 0 31 2

77 , 122 exp 31 68 4

) / ( 10 1885 ) ,

g H

C

m g s

g H

C

m g m

g s

g H

µ π

0 , 0 ,

(

z z

y

H u

Q x

C

σ σ

σ π

Trang 30

BK

TPHCM

59

Áp dụng công thức hiệu chỉnh (6.37) tính toán nồng độ trung

bình giờ:

C 1 : là nồng độ tính toán từ mô hình tương ứng với thời

gian trung bình t 1 = 10 phút

C 2 : là nồng độ tương ứng với thời gian trung bình t 2

t 2 : thời gian trung bình lấy mẫu môi trường, phút

q = 0,17

q

t

t C

3 17

, 0

2

1 1

Trang 31

6.13 Một ống khói cao 12 m có đường kính 0,5 m phát thải chất ô nhiễm

với tốc độ phát thải là 3g/s vận tốc khí thải và nhiệt độ lần lượt là

15m/s và 315 o K Ống khói này đặt trong khu vực nông thôn

a Vào buổi trưa khi độ ổn định của khí quyển là loại B, nhiệt độ của

không khí xung quanh là 20 o C (293 o K) và áp suất khí quyển là 1 at

Xác định độ nâng cao của vệt khói từ ống khói này nếu biết vận tốc

gió tại đỉnh ống khói là 4 m/s

b Với điều kiện khí tượng và độ nâng cao vệt khói như xác định trong

câu a, xác định nồng độ cực đại tại mặt đất và khoảng cách đến vị

trí xảy ra nồng độ cực đại trên mặt đất

c Xác định độ nâng cao của vệt khói, nồng độ cực đại tại mặt đất và

khoảng cách đến vị trí xảy ra nồng độ cực đại trên mặt đất trong

trường hợp độ ổn định của khí quyển là loại D So sánh với cách kết

quả tính toán trên

h

m T

T T Pd s

s

29 , 3 1 , 1

99 , 2 10

68 2 5 1 u

3

=

× Δ

=

Tiêu đề	Bài Giảng Môn Học Mễ Hènh HểA
Tác giả	TS. Lấ HỒNG NGHIấM
Người hướng dẫn	PGS.TS. Lờ Hoàng Nghiờm
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM
Chuyên ngành	Môi Trường
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	2,41 MB