Bài giảng Cơ sở ô nhiễm không khí

Trang 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HÓA VÀ MÔI TRƢỜNG BỘ MÔN QUẢN LÝ VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƢỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ Ô NHIỄM KHƠNG KHÍ Trang 2 CƠ SỞ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ Tên giảng viên: GS.TS Vũ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA HÓA VÀ MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN QUẢN LÝ VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÀI GIẢNG

CƠ SỞ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Hà Nội, tháng 9/2021

CƠ SỞ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Tên giảng viên: GS.TS Vũ Đức Toàn Email: toanvd@wru.vn

SĐT: 093 602 7466

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Hóa và Môi trường

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

Chương 1: Những vấn đề chung về ô nhiễm môi trường không khí

Chương 2: Các yếu tố khí tượng có liên quan đến sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển

Chương 3: Phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển Chương 4: Biện pháp kiểm soát môi trường không khí Chương 5: Tiếng ồn và biện pháp chống ồn

CƠ SỞ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

******

Chương 1: Những vấn đề chung về ô nhiễm môi trường không khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Hóa và Môi trường

1.1 NGUỒN GÂY Ô NHIỄM

từ vũ trụ

CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ Ô NHIỄM

MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA

• Hoạt động núi lửa phun ra một lượng các chất ô nhiễm như tro bụi

• Tác động nặng nề và lâu dàu

Ô nhiễm do hoạt động của núi

lửa

• Nguyên nhân: khí hậu hạn hán, hoạt động ý thức và

vụ lợi của con người

• Biện pháp phổ biến: tạo các dải đất trống ( không cây cối ) giữa các khu liền kề

Ô nhiễm do cháy rừng

• Gây ô nhiễm không khí, khiến cho tầm nhìn bị giảm

Ô nhiễm do bão cát

Nguồn gây ô nhiễm tự nhiên

• Loại ô nhiễm đóng vai trò trong việc gây han dỉ vật liệu, phá hủy công trình xây dựng

Ô nhiễm do đại dương

• Gây ra các bệnh dị ứng, hô hấp về con người

• Gây nguy hiểm đến con người trong môi trường xung quanh

nhiễm nhân tạo

Ô nhiễm không khí trong công nghiệp lọc dầu

Ô nhiễm không khí trong công nghiệp hóa chất

Ô nhiễm trong công nghiệp trong sản xuất xi măng

Ô nhiễm không khí trong luyện kim màu

Ô nhiễm không khí trong công nghiệp gang thép

Ô nhiễm do đốt nhiên liệu

Chế độ làm việc của động cơ Chạy chậm Tăng tốc Ổn định Giảm tốc Máy

nổ etxang

Điezen Máy

nổ etxang

Điezen Máy

nổ etxang

Điezen Máy

nổ etxang

Điezen

Khí CO 7.0 - 2.5 0.1 1.8 - 2.0 - Hydrocacbon 0.5 0.04 0.2 0.02 0.1 0.01 1.0 0.03 Nito oxit

ppm

30 60 1050 850 650 250 20 30

Anđehyt ppm

30 10 20 20 10 10 300 30

 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP GANG THÉP

Những chất gây ô nhiễm chủ yếu:

 Bụi với cỡ hạt rất khác nhau từ 10 đến 100 µm

 Khói nâu gồm những hạt bụi oxit sắt rất mịn

 Khí SO2 sản sinh ra từ thành phần lưu huỳnh có trong thiên nhiên

 Trong một số trường hợp có các khí cacbon oxit CO và các hợp chất hữu cơ khác

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRONG LUYỆN KIM MÀU

• Khi không có điều kiện tận dụng khí thải để điều chế các loại sản phẩm hữu ích, người ta có thể thải vào khí quyển ống khói cao hơn 200m, bằng cách đó khí độc hại được lan tỏa ra xa và pha loãng trong không khí, đảm bảo cho con người,

động thực vật

Ô NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG

• Chất ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp sản xuất xi măng là bụi, bụi thoát ra

môi trường xung quanh từ các công đoạn khác nhau

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT

• Gồm nhiều loại nhà máy, sản xuất ra các sản phẩm khác nhau nên khía cạnh ô nhiễm cũng có nhiều vấn đề chuyên môn, riêng biệt

• Một số loại công nghiệp hóa học điển hình: công nghiệp sản xuất axit sunfuric, axit nitric

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP LỌC DẦU

• Phần lớn sử dụng nhiên liệu trên thế giới là sản phẩm chế biến từ dầu mỏ Dầu thô đó là hỗn hợp của các hydrocacbon lỏng có chứa 1-4% tạp chất, lưu huỳnh

và nhiều hợp chất khác

1.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

 1.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Sức khỏe và tuổi thọ của con người phụ thuộc vào môi trường trong sạch của môi trường khí xung quanh

Nếu trong không khí có lẫn nhiều chất độc hại thì phổi và cơ quan hô hấp sẽ hấp thu toàn bộ các chất độc hại đó

Tạo điều kiện xâm nhập cơ thể người, gây ra những tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người

 1.2.1 Ô NHIỄM DO BỤI

• Gây tổn thương đối với mắt, da hoặc

hệ tiêu hóa, nhưng chủ yếu vẫn là sự

thâm nhập của bụi vào phổi do hít thở

Cấu tạo và chức năng của hệ hô hấp

 1.2.2 Ô NHIỄM DO KHÍ ĐỘC

• Ở thời kì tiền công nghiệp, nồng

độ khí CO2 trong khí quyển ổn định khoảng 280 ppm Công nghiệp và mức sống càng phát triển, nhu cầu năng lƣợng của nhân loại càng nhiều thì nồng độ khí CO2 càng tăng và đạt mức

350 ppm ở thời kì hiện nay

1.2.3 Ô NHIỄM DO MÙI VÀ NHIỆT

Ô nhiễm mùi là một dạng ô nhiễm không khí vô cùng phức tạp bởi lẽ mùi được tạo ra từ

sự kết hợp của hàng trăm hợp chất khác nhau với nồng độ rất thấp Ô nhiễm mùi được đặc biệt quan tâm do đặc tính mùi hôi của nó, sự tác động đến sức khỏe con người, và ngoài ra chúng còn có khả năng phát tán trên diện rất rộng

Ô nhiễm nhiệt chính là khái niệm dùng để chỉ tình trạng nguồn nước tự nhiên và không khí, bị thay đổi nhiệt độ tăng cao hoặc hạ thấp một cách đột ngột Nhiệt độ tăng cao hoặc

hạ thấp đột ngột điều này khiến cho các thành phần cấu trúc hữu cơ sinh thái bị phá vỡ

1.3 TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô

NHIỄM KHÔNG KHÍ

• Trong tất cả các loại nhu cầu vật chất hằng ngày thì không khí là loại nhu yếu phẩm đặc biệt quan trọng mà con người cần đến thường xuyên liên tục trong suốt cuộc đời của mình

Cacbon oxit CO

Nito oxit

Khí sunfua đioxit Khí

hydro sunfua Khí clo

Khí

amoniac

Các chất gây ô nhiễm tác hại trong không khí

1.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với con người

Cacbon oxit CO

• Phản ứng mạnh với

hồng cầu trong máu

vào tạo ra COHb

hô hấp

Khí SO 2

• Gây nên triệu chứng co thắt nghiêm trọng về đường hô hấp

1.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với con người

Khí hydro sunfua

• Không màu, dễ cháy và

có mùi trứng ung

• Chưa có nghiên cứu tác

hại về hô hấp con

người

Khí clo

• Màu vàng xanh, có mùi hăng cay và gây tác hại với mắt

Khí Ozon

• Gây viêm đường hô hấp và có khả năng thân nhập sâu vào phổi

1.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với con người

 1.3.3 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với

môi trường

 ĐỐI VỚI SÚC VẬT

 Thường được nghiên cứu trên các loài động vật như thỏ, chuột lang đề từ đó đưa ra những kết luận đối với con người

 Xâm nhập bằn 2 con đường: do hít thở không khí bị ô nhiễm và do tiêu hóa

 1.3.3 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với

môi trường

 ĐỐI VỚI THỰC VẬT

 Độ trong suốt đối với ánh sáng mặt trời bị giảm cộng với lớp bụi bao phủ trên lá cây làm cho khả năng quang hợp, trao đổi khí và thoát hơi nước – 3 chức năng sinh học quan trọng của cây bị hạn chế

 Khiến cho mùa màng thất thu, giảm năng suất cây trồng

CƠ SỞ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

******

Chương 2: Các yếu tố khí tượng có liên quan đến sự khuếch tán chất ô nhiễm trong

khí quyển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Hóa và Môi trường

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CÓ LIÊN QUAN ĐẾN

SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN

2.1 Đặc điểm của khí quyển

2.2 Nhiệt động học của quá trình chuyển động thẳng đứng của một bộ phận không khí

2.3 Sự thay đổi nhiệt theo chiều cao của không khí trong quá trình giãn nở hoặc nén ép đoạn nhiệt

2.4 Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao và độ ổn định của khí quyển

2.5 Những điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến độ ổn định của khí quyển

2.6 Hình dáng luồng khuếch án chất ô nhiễm 2.7 Chuyển động ngang của khí quyển

2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA KHÍ QUYỂN

2.2.3 Đối với không khí bão hòa hơi nước

2.2.2 Đối với không khí ẩm

Thông số vật lý quan trọng của không khí ẩm là dung ẩm ώ Đó là lượng hơi nước tính bằng kilogram chứa trong khối không khí ẩm có phần khô là 1kg

Ώ = 0.622 𝑝−𝑒𝑒 , KG/KGKK KHÔ

Trong đó p và e lần lượt là áp suất chung của khối không khí ẩm và áp suất riêng ( sức trương ) của hơi nước trong khối không khí ẩm

tụ

Khi khối không khí bão hòa bốc lên cao thì áp suất

và nhiệt độ của nó giảm

và dẫn đến sự ngưng tụ hơi nước

2.3 SỰ THAY ĐỔI NHIỆT THEO CHIỀU CAO CỦA KHÔNG KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ HOẶC NÉN ÉP ĐOẠN NHIỆT

Trước tiên ta cần xác định sự thay đổi sự áp suất theo chiều cao bằng cách xem xét phương trình cơ bản của cơ học thủy tĩnh:

𝑑𝑝

𝑑𝑧 = - PG

ổn định khi β

> T

2.4.2 Khí quyển trung tính khi β = T

2.4.3 Khí quyển ổn định khi 0 <

β < T

2.4.4 Khí quyển ổn định khi β <

0 < T

2.4.1 Khí quyển không ổn định khi Β > T

Nếu sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có β > T tức

là độ giảm nhiệt độ theo chiều cao mạnh hơn so với

độ giảm nhiệt độ cao theo quá trình đoạn nhiệt –

người ta gọi đó là phân bố nhiệt độ “ siêu đoạn nhiệt”

– thì khi một khối không khí bị một lực tác động đẩy

lên cao, nhiệt độ của nó giảm theo quá trình đoạn

nhiệt T < β nên nhiệt độ của nó trở lên lớn hơn nhiệt

độ xung quanh và do đó nó nhẹ hơn không khí xung

quanh

2.4.2 Khí quyển trung tính

Nếu không khí ở vị trí ban đầu bất kì bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quá trình đoạn nhiệt và luôn luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, khối lượng đơn vị của nó không nặng cũng không nhẹ hơn so với không khí xung quanh và do đó nó sẽ chiếm vị trí cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động theo vị trí cân bằng

2.4.3 Khí quyển ổn định khi 0 < Β < T

Khi độ giảm nhiệt độ theo

chiều cao dương nhưng nhỏ

hơn so với gradian nhiệt độ

của quá trình đoạn nhiệt

khô, ta có khí quyển ổn

định

2.4.4 Khí quyển ổn định khi Β < 0 < T

Giống trường hợp “dưới đoạn nhiệt” nhưng độ ổn định của khí quyển còn cao hơn

so với trường hợp trước do chênh lệch nhiệt độ của khối không khí khi dịch chuyển lên cao hoặc xuống thấp so với nhiệt độ xung quanh có giá trị lớn hơn nhiều so với trường hợp trước và vì thế lực kéo trở lại ban đầu mạnh hơn, khí quyển ít có khả năng bị xáo trộn hơn

2.5 NHỮNG ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN

2.5.4 Độ cao hòa trộn

2.5.3 Khả năng xuất hiện các cấp

ổn định theo thời gian

2.5.2 Nghịch

nhiệt

2.5.1 Biến trình ngày của sự phân

bổ nhiệt độ theo chiều cao

2.5.1 Biến trình ngày của sự phân bổ nhiệt độ theo chiều cao

Cả 3 mức ổn định của khí quyển: ổn định, trung tính, không ổn định có thể bắt gặp cùng một địa điểm và thời gian khác nhau trong ngày khi thời tiết mùa xuân nắng ráo, không mây, không mƣa và gió nhẹ

Làm nóng lớp không khí từ phía trên

Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp không khí

ấm

Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh

2.5.3 Khả năng xuất

hiện các cấp ổn định

theo thời gian

Khí quyển trung tính hoặc không

ổn định nhẹ chủ yếu xuất hiện vào ban ngày các tháng mùa đông hoặc vào sáng sớm và xế chiều các tháng mùa hè, mùa thu

2.5.4 Độ cao hòa trộn

Thời gian Độ cao hòa trộn, m

Thay đổi trong khoảng Trung bình

Buổi sáng mùa hè 200 - 1100 450

Buổi chiều mùa hè 600 – 4000 2100 Buổi sáng mùa đông 200 – 900 470

Buổi chiều mùa đông 600 – 1400 970

Độ cao hòa trộn điển hình của vùng Bắc Mỹ

2.7 CHUYỂN ĐỘNG

NGANG CỦA KHÍ QUYỂN

Chuyển động ngang của khí

quyển được hình thành chủ yếu

là do bề mặt trái đất được đốt

nóng không đều, cộng vào đó là

ảnh hưởng của trái đất quay và

ảnh hưởng của lục địa, đại

dương

Các vòng tuần hoàn nhiệt

Chuyển động ngang của không khí ở sát

mặt đất

Sự thay đổi của vận tốc gió theo chiều cao

2.7.1 Các vòng tuần hoàn nhiệt

Lƣợng nhiệt do mặt trời chiếu xuống ở trái đất ở vùng xích đạo lớn hơn gấp nhiều lần so với hai cực, do đó ở vùng xích đạo quanh năm nóng bức còn ở hai cực luôn luôn băng giá

2.7.3 Sự thay đổi của

vận tốc gió theo

chiều cao

Chuyển động không khí trên mặt đất cũng chịu tác động tương tự như vậy của mặt đất: độ nhám, độ gồ ghề của mặt đất làm cho vận tốc gió ở sát mặt đất có thể xem là bằng không và càng cao vận tốc gió càng lớn dần, lúc đầu tăng nhanh về sau chậm dần

KẾT LUẬN

Bầu khí quyển là lớp các chất khí bao quanh hành tinh trái đất, bảo vệ cuộc sống trên trái đất bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và tạo ra sự thay đổi vệ nhiệt độ giữa ngày và đêm

Để bảo vệ bầu khí quyển, chúng ta có thể thực hiện một số cách áp dụng trong đời sống hằng ngày như sau: hạn chế hoặc không dùng sản phẩm từ gia súc, gia cầm của các trang trại công nghiệp, hạn chế đốt rơm rạ và phế phẩm nông nghiệp, không đốt rác thải, chọn rau quả hữu cơ hoặc tự trồng rau quả, giữ vệ sinh tại gia đình và nơi công cộng, hạn chế sự dụng bếp than tổ ong, tiết kiệm tài nguyên năng lượng, ưu tiên sử dụng phương tiện giao thông công cộng

CƠ SỞ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

******

Chương 3: Phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY

LỢI Khoa Hóa và Môi trường

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán

Phương trình phát tán chất ô nhiễm

Phương trình vi phân cơ bản

Các phương trình khuếch tán một chiều, hai chiều và ba chiều

Công thức tính toán khuếch tán

 Chiều cao hiệu quả của ống khói

 Sự lắng đọng của bụi trong quá trình khuếch tán khí thải các nguồn điểm cao

 Ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán chất ô

nhiễm

Một số thông tin tham khảo

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

ĐẶT VẤN ĐỀ

Khái niệm mô hình:

Mô hình là những bức tranh đơn

giản về thực tế và là công cụ để

giải quyết nhiều vấn đề Mô

hình sẽ không bao giờ chứa

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán

A. Nhóm yếu tố về nguồn

B. Nhóm yếu tố về khí tượng thuỷ văn

C. Các yếu tố về địa hình

nhiễm càng tăng

Tải lượng khí (g/s) = Nồng độ (g/m 3 ) x tốc độ khí (m 3 /s)

ii. Tốc độ của khí thải: là vận tốc của khí thải trước khi thoát ra

khỏi nguồn

Thông thường tính theo đường kính đỉnh của nguồn Vận tốc khí thải càng lớn thì phát tán chất ô nhiễm càng xa và ngược lại

iii. 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 và độ

chênh áp suất giữa khí thải và không khí bên ngoài càng lớn

thúc đẩy quá trình phát tán càng xa hơn

iv. Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh

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

Ảnh hưởng chiều cao phát

thải

QUAN TRẮC KHÍ THẢI

vi. Bản chất của khí thải: là các tính chất vật lý, hoá học của

chất ô nhiễm

Chất khí thường phát tán xa hơn chất lỏng;

Với nồng độ bụi cao và kích thước hạt lớn thì thường phát tán gần, các hạt bụi sau khi ra khỏi ống khói sẽ bị sa lắng khô và sa lắng ướt rất nhanh và rơi gần ống khói hơn

Câu hỏi: M và khả năng hấp phụ của khí lên hạt bụi có ảnh hưởng gì đến quá trình phát tán ? (Ví dụ: PAH ở vùng than)

B- Nhóm yếu tố về khí tƣợng thuỷ văn

i: Tốc độ gió: là tốc độ chuyển động của không khí trong khí

quyển do chênh lệch áp suất của không khí

 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

Ảnh hưởng của hướng gió: hoa gió

Các cấp độ gió và biểu đồ hoa gió

Tốc độ gió ở độ cao nguồn điểm

ii. 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, 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

 Tuy nhiên, độ ẩm không khí cao 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 => giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển nhưng lại làm tăng nồng

độ các chất ô nhiễm trong nước mưa