Bài giảng sự phát tán chất thải vào khí quyển huỳnh ngọc anh tuấn

 Đối với sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển thì vận tốc gió nguy hiểm là lặng gió và gió rất nhẹ... Tính ổn định đứng của khí quyển tt Khí quyển không ổn định khí quyển trên

SỰ PHÁT TÁN CHẤT

THẢI VÀO KHÍ QUYỂN

Huỳnh Ngọc Anh Tuấn

-CÁC VẤN ĐỀ

1) Ảnh hưởng của các yếu tố khí quyển

lên sự phát tán.

2) Khuếch tán rối của khí quyển và sự

phân bố của chất ô nhiễm.

3) Chuyển động của không khí sát mặt

1 - Các yếu tố khí quyển

 Gió

 Yếu tố cơ bản gây nên sự phân bố chất ô nhiễm

trong môi trường không khí.

 Hướng gió chủ đạo, sự phân bố và vận tốc gió phụ

thuộc vào sự tuần hoàn của không khí trong khí quyển.

 Gió chuyển động từ vùng áp cao  áp thấp.

 Tốc độ gió phụ thuộc vào chênh lệch áp suất khí

quyển Tầng không khí sát mặt đất có tốc độ gió ban ngày lớn hơn ban đêm, còn ở trên cao thì ngược lại – tốc độ gió ban đêm lớn hơn ban ngày.

Gió biển

Gió đất

Giải thích

 Ban ngày nhiệt độ ở đất liền lớn hơn biển,

tạo thành hạ áp Trong khi đó mặt biển lạnh hơn  không khí sẽ di chuyển từ biển vào

lục địa

 Ban đêm hiện tượng ngược với ban ngày,

nước có nhiệt dung lớn và bức xạ kém hơn

so với mặt đất Do đó ở mặt biển nóng hơn tạo thành cao áp và lục địa lạnh hơn tạo thành hạ áp  gió thổi từ lục địa ra biển Ở

trên cao gió có hướng ngược lại.

Hướng & vận tốc gió

 Hướng gió chủ đạo của 1 địa phương

tại lớp không khí bên trên và tại mặt đất không trùng nhau.

 Trong phạm vi đến vài km, hướng và

vận tốc gió không cố định mà thay đổi.

 Đối với sự khuếch tán chất ô nhiễm

trong khí quyển thì vận tốc gió nguy

hiểm là lặng gió và gió rất nhẹ.

Biến thiên nhiệt độ theo chiều đứng

 Gradien nhiệt độ = độ giảm nhiệt độ (lapse rate) theo

chiều đứng : Sự thay đổi nhiệt độ của không khí trên

mỗi 100m độ cao.

 Gradien nhiệt độ đẳng nhiệt: nhiệt độ không thay đổi

trên tất cả các độ cao.

 Gradien đoạn nhiệt = gradien đoạn nhiệt khô: sự

thay đổi trạng thái (nhiệt độ, áp suất và mật độ không khí) không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung

quanh

 Gradien nhiệt độ trên đoạn nhiệt: độ giảm nhiệt độ >

1oC/100m độ cao  khí quyển không ổn định.

Tính ổn định đứng của khí quyển

Tính ổn định đứng của khí quyển (tt)

 Khí quyển không ổn định (khí quyển trên đoạn nhiệt):

 > k  không khí và chất ô nhiễm bốc lên cao  chất ô nhiễm được khuếch tán, pha loãng trong khí quyển được thuận lợi.

 Khí quyển trung tính:  = k  khối không khí chiếm vị

trí cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động  sự khuếch tán (pha loãng) chất ô nhiễm không thuận lợi.

 Khí quyển ổn định (khí quyển dưới đoạn nhiệt):

0<<k  không khí và chất ô nhiễm không có hòa trộn đứng  sự khuếch tán (pha loãng) chất ô nhiễm không thuận lợi.

 Khí quyển dưới ổn định: <0<k  kìm hãm sự chuyển

động thẳng đứng của không khí  sự khuếch tán (pha loãng) chất ô nhiễm không thuận lợi.

2.1-Khuếch tán rối của KQ

 Khuếch tán rối theo chiều ngang - Gió và

phân bố vận tốc gió theo chiều đứng

 Gió là khuếch tán rối của khí quyển theo chiều

ngang.

 Hướng & vận tốc gió thay đổi thường xuyên.

 Vận tốc gió thay đổi theo chiều cao & phụ

thuộc vào tính ổn định của khí quyển, độ gồ ghề của mặt đất và các vật cản là các công trình xây dựng.

Vận tốc gió (u) tại độ cao z - KQTT

 Theo hệ số  (theo hàm logarit):

 u, u1: vận tốc gió tại độ cao z và z1 (m) tương ứng

(m/s)

 : hệ số tính đến độ tăng vận tốc gió theo chiều

cao, không thứ nguyên

 zo: độ cao tại đó vận tốc gió bằng 0, z0 = 0,1m

1 1

ln ln

o

z

z

z z

Đồ thị

xác định

hệ số  ứng với

z1 = 10 và

zo = 0,1

Vận tốc gió (u) tại độ cao z

 n: chỉ số mũ, không thứ nguyên

 Trị số của n có giá trị từ 0 đến 1 được xác định bằng thực

nghiệm như sau:

• Bằng nội suy sự biến thiên vận tốc theo chiều đứng: n = 0,15;

• Bằng thực nghiệm đối với mặt đất phẳng: n = 0,2; mặt đất gồ ghề hay tòa nhà là vật cản: 1/7 < n ≤ 1/3;

• Phụ thuộc vào tính ổn định của KQ: KQ không ổn định n= 0,11; KQTT n = 0,14; KQ ổn định (nghịch nhiệt vừa) n = 0,2; KQ rất ổn định (nghịch nhiệt mạnh) n =0,33;

n

z

z u

(II) Đối với mặt đất phẳng hay trên mặt nước (I) x 0,6

(Nguồn: Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ USEPA)

Xác định hệ số n

Vận tốc gió (u) tại độ cao z và hướng gió lệch

 f và f1: hệ số phụ thuộc vào độ cao (z và z1 tương ứng) và

tính ổn định của KQ, không thứ nguyên;

 : Góc lệch của hướng gió tại độ cao z so với góc đã biết tại

độ cao z1, o;

  và 1: góc lệch của hướng gió, o

 f, f1, , 1 tương ứng với độ cao z và tính ổn định của KQ

(bảng 3.2 tr 96)

1 1

1 ;     



f

f u u

2.1-Khuếch tán rối của KQ (tt)

 Khuếch tán rối theo chiều đứng – Cường

độ khuếch tán và độ cao hòa trộn

 Khuếch tán rối theo chiều đứng hay sự

chuyển động của không khí theo chiều đứng

có mức độ khác nhau gọi là cường độ.

 Cường độ khuếch tán rối phụ thuộc vào sự

lan truyền nhiệt, tức gradien nhiệt độ theo chiều đứng hay tính ổn định của KQ.

 Cường độ khuếch tán (ở đk ít mây, không

mưa và gió nhẹ) phụ thuộc vào thời gian

trong ngày và trong năm.

Độ cao hòa trộn

 Độ cao hòa trộn là thông số để đánh giá mức độ khuếch tán

hay chuyển động rối theo chiều đứng của KQ

 Khi một phần tử không khí gần mặt đất bị nung nóng bốc lên

cao, nhiệt độ của nó giảm theo đường đoạn nhiệt và độ chênh nhiệt độ giữa nó với không khí xung quanh sẽ giảm dần cho đến khi cân bằng Độ cao mà tại đó nhiệt độ không khí bốc

lên trên bằng nhiệt độ xung quanh là độ cao hòa trộn.

 Độ cao hòa trộn được xác định bằng cách tìm điểm giao nhau

của đường đoạn nhiệt đi qua điểm có nhiệt độ cao trên mặt đất với đường phân bố nhiệt độ theo chiều cao thực tế

 Độ cao hòa trộn xác định giới hạn trên của quá trình khuếch

tán các chất ô nhiễm trong khí quyển

 Độ cao hòa trộn thấp vào buổi sáng và tăng dần theo thời

gian trong ngày cho đến xế trưa là đạt trị số lớn nhất Về mùa

hè độ cao hòa trộn lớn hơn mùa đông

2.2 - Phân bố chất ô nhiễm trong KQ - Hình dạng luồng khuếch tán rối

 Luồng hình sóng (uốn lượn):  > k  cường độ khuếch tán

mạnh

 Luồng hình nón:  = k  cường độ khuếch tán vừa

 Luồng hình quạt:  <0< k, T=const  cường độ khuếch tán

rất yếu

 Luồng hình quạt dốc lên trên – dạng nửa chuồng chim:

lớp nghịch nhiệt gần mặt đất nằm bên dưới miệng ống khói, luồng khói hình quạt khuếch tán mạnh lên trên

 Luồng hình quạt xông khói: lớp nghịch nhiệt trên cao nằm

bên trên miệng ống khói, bên dưới là lớp khí quyển không ổn định

 Luồng “mắc bẫy”: lớp nghịch nhiệt nằm cả bên trên và bên

dưới miệng ống khói

Luồng hình sóng (uốn lượn)

Luồng hình nón

Luồng hình quạt dốc lên trên – dạng nửa chuồng chim

Luồng hình quạt xông khói

3 - Chuyển động của không khí sát

h - chiều cao tòa nhà

l - chiều dài nhà (trực giao với hướng gió)

3.1 - Chuyển động của không khí xung quanh tòa nhà hẹp

3.2 - Chuyển động của không khí xung quanh tòa nhà rộng

3.3 - Vùng bóng rợp khí động và sự

phân bố chất ô nhiễm

 Vùng bóng rợp khí động: là không gian tuần

hoàn khép kín của không khí trên và sau tòa nhà khi gió chuyển động xung quanh nhà.

 Ranh giới vùng bóng rợp khí động: (dài,

rộng, cao) phụ thuộc vào vị trí tương đối của nhà có nguồn thải và các nhà, công trình lân cận, vào hướng gió, kích thước hình học và vị trí của các nhà, công trình theo phương gió thổi.

 Kích thước vùng bóng rợp khí động khi gió

chuyển động xung quanh: hình 3.15 tr 107.

3.4 – Chiều cao giới hạn

a Trong vùng tuần hoàn khuất gió và trên mái của tòa nhà rộng đứng riêng biệt

h b

3.4 – Chiều cao giới hạn (tt)

b Trong vùng tuần hoàn duy nhất trên mái của tòa nhà hẹp đứng riêng biệt

h b

3.4 – Chiều cao giới hạn (tt)

c Trong vùng tuần hoàn giữa 2 tòa nhà hay trên mái của tòa nhà đầu – theo hướng gió (nhà rộng)

'

1) (

36 ,

3.4 – Chiều cao giới hạn (tt)

d Trong vùng tuần hoàn giữa 2 tòa nhà hay trên mái của tòa nhà đầu – theo hướng gió (nhà hẹp)

'

1) (

36 ,

4 - Phân loại nguồn gây ô nhiễm

lớp không khí sát mặt đất

 Phân biệt nguồn thấp và nguồn cao dựa vào độ cao của

nguồn thải so với độ cao của vùng bóng rợp khí động

 Những nguồn có chiều cao H hq > H gh được gọi là nguồn cao,

ngược lại H hq < H gh gọi là nguồn thấp.

 Đối với nguồn thấp, nguồn thải gây ô nhiễm trước hết là vùng

bóng rợp khí động, và nồng độ chất ô nhiễm đạt trị số cực đại cũng trong phạm vi vùng bóng rợp khí động

 Chiều cao hiệu quả H hq:

 Hô: Độ cao thực của ống khói

 H: Độ cao nâng của luồng khói (do lực khí động và lực nổi do mật độ)

H H

Hhq  ô  

1- Vùng ô nhiễm do phát thải từ nguồn cao 2- Giới hạn của nguồn thấp

4 - Phân loại nguồn gây ô nhiễm lớp không khí sát mặt đất (tt)

Nguồn không liên hợp

Nguồn liên hợp

 Theo nhiệt độ hỗn hợp khí – không khí thải

4 - Phân loại nguồn gây ô nhiễm

lớp không khí sát mặt đất (tt)

T = t k - t xq Loại nguồn Điển hình

T > 100oC Rất nóng Ống khói lò gang, lò sấy, thiết bị

hóa dầu

20 o C< T ≤100 o C Nóng Ống khói nồi hơi

5 o C< T ≤20 o C Nóng yếu Ống khói khu vô bao xi măng

T ≈ 0 Đẳng nhiệt Ống khói thiết bị xử lý bụi của

xưởng gỗ

T < 0oC Lạnh Xu hướng chìm, khuếch tán yếu

5 - Độ nâng cao của luồng khói H

 H chịu ảnh hưởng của 2 lực:

 Lực xung ban đầu của luồng khói bốc lên

 g/m3; mg/l; mg/m3; g/m3 ; ppm; ppb, %(v)

45 , 24

3

/ 45

R

P m

m mg T

R ppm

Tiêu chuẩn chất lượng khơng khí

1 •TCVN 5937-2005 •Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn chất lượng

không khí xung quanh

2 •TCVN 5938-2005 •Chất lượng không khí - Nồng độ tối đa cho

phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh

3 •TCVN 5939-2005 •Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải

công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

4 TCVN 5940-2005 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải

công nghiệp đối với các chất hữu cơ

5 TCVN 5949-1998 Âm học - Tiếng ồn khu vực công cộng và dân

cư Mức ồn tối đa cho phép

6 3733/2002/QĐ-BYT Tiêu chuẩn của Bộ Y tế – Tiêu chuẩn chất

lượng không khí cho khu vực sản xuất

Thanks !