BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ TIẾNG ỒN

Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí hoặc có sự xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không sạch, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật.Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khí. Có thể chia ra thành nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.Ô nhiễm không khí có thể là thể pha trộn của các thể rắn, lỏng, khí. Những thể mà chúng được phân tán rất nhanh nhờ các điều kiện về khí hậu. Khi xảy ra hiện tượng giảm áp (áp thấp nhiệt đới) các khối không khí chuyển động làm cho các chất gây ô nhiễm trở nên đậm đặc, thảm hoạ ô nhiễm có thể xảy ra. Tương tự như vậy, các chất vô hại dưới tác dụng của áp xuất sẽ bốc lên và có thể trở thành chất gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường không khí khi chúng kết hợp với chất khác cùng coù trong moâi tröôøng khoâng khí.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

  

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN

CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ TIẾNG ỒN

DÀNH CHO SINH VIÊN BẬC CAO ĐẲNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TUY HÒA – 2010

xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật.

Cĩ rất nhiều nguồn gây ơ nhiễm khơng khí Cĩ thể chia ra thành nguồn tự nhiên vànguồn nhân tạo

Ơ nhiễm khơng khí cĩ thể là thể pha trộn của các thể rắn, lỏng, khí Những thể màchúng được phân tán rất nhanh nhờ các điều kiện về khí hậu Khi xảy ra hiện tượnggiảm áp (áp thấp nhiệt đới) các khối khơng khí chuyển động làm cho các chất gây ơnhiễm trở nên đậm đặc, thảm hoạ ơ nhiễm cĩ thể xảy ra Tương tự như vậy, các chất

vơ hại dưới tác dụng của áp xuất sẽ bốc lên và cĩ thể trở thành chất gây ơ nhiễmnghiêm trọng cho mơi trường khơng khí khi chúng kết hợp với chất khác cùng cótrong môi trường không khí

Hình 1.1: Hệ thống mối quan hệ ơ nhiễm khơng khí

Các nhân tố ơ nhiễm do con người tạo ra thì dễ kiểm sốt hơn Chất gây ơ nhiễm

do con người tạo ra thường phát sinh từ quá trình hoạt động cơng nghiệp, giao thơngvận tải, nơng nghiệp, dịch vụ thương mại, phá rừng và kể cả cả hoạt động trong chiếntranh gây ra Chất ơ nhiễm khơng khí do con người tạo ra về tổng quan cĩ thể chia làm

các dạng sau: ô nhiễm do bụi, hơi khí độc, nhiệt thừa, mùi hôi, chất phóng xạ và các visinh vật.

1.1.2 Phân loại nguồn ô nhiễm không khí

Có nhiều cách phân loại nguồn ô nhiễm không khí khác nhau Cụ thể như sau:

a) Dựa vào nguồn gốc phát sinh

Dựa vào nguồn gốc phát sinh có thể phân loại nguồn ô nhiễm thành hai nhómnhư sau:

- Nguồn tự nhiên: là khí thoát ra từ các hoạt động tự nhiên của núi lửa, động đất,

bụi tạo thành do bão cát, sự phân tán của phấn hoa, mùi hôi của các quá trình phân hủysinh học

- Nguồn nhân tạo: là các nguồn ô nhiễm do con người tạo nên Nó bao gồm các

nguồn cố định và nguồn di động

+ Nguồn cố định: bao gồm các nguồn từ các quá trình đốt khí thiên nhiên, đốt

dầu, đốt củi, trấu…; các nhà máy công nghiệp…

+ Nguồn di động: là khí thải từ các quá trình giao thông như khí thải của xe

cộ, máy bay, tàu hỏa…

b) Dựa vào tính chất hoạt động

- Ô nhiễm do các quá trình sản xuất: Sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, tiểu thủ

công nghiệp

- Ô nhiễm do giao thông vận tải: xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…

- Ô nhiễm do sinh hoạt: Các quá trình sử dụng nhin liệu (dầu, than, củi …) để đun

nấu, thắp sáng

- Ô nhiễm do các quá trình tự nhiên: đó là sự phân hủy các chất hữu cơ do vi sinh

gây nên mùi hôi, bão cát, phấn hoa, núi lửa, động đất …

c) Dựa vào bố trí hình học

Có thể chia nguồn ô nhiễm thành ba nhóm như sau:

- Điểm ô nhiễm: ống khói các nhà máy, các nhà máy, thiết bị sản xuất cụ thể (các

nguồn cố định)

- Đường ô nhiễm: các quá trình hoạt động của các phương tiện giao thông vận tải

(xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…)

- Vùng ô nhiễm: khu chăn nuôi lớn, khu tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp công

nghiệp …; ví dụ khu công nghiệp Biên Hòa, Linh Trung, Tân Thuận …

Cách phân loại này chỉ có tính chất tương đối Tùy theo quan điểm và mục đíchgiải quyết các bài toán về ô nhiễm không khí mà người ta nhìn nhận đó là ô nhiễm mộtđiểm hay ô nhiễm một vùng

1.2 Thành phần các chất ô nhiễm không khí

1.2.1 Khái niệm chất ô nhiễm

Như đã trình bày ở trên: bất kỳ một chất nào được thải vào không khí với nồng độ

đủ để ảnh hưởng tới sức khỏe con người, gây ảnh hưởng xấu tới sự phát triển, sinhtrưởng của động, thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm cảnh quan môi trường,… đều làcác chất ô nhiễm Ví dụ các loại bụi, hơi khí độc, mùi hôi các chất ô nhiễm thải ra từcác nguồn ô nhiễm thường rất đa dạng, chúng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau (dạnghạt, khí, hơi dung môi…), với các nồng độ khác nhau tùy theo các quá trình côngnghệ, việc sử dụng nguyên vật liệu, hóa chất, tình trạng máy móc thiết bị và tay nghềcủa công nhân…

Phân loại chất ô nhiễm

 Dựa vào nguồn gốc sử dụng nguyên vật liệu

Theo cách phân loại này các chất ô nhiễm được chia ra các loại sau đây:

- Chất ô nhiễm từ quá trình đốt: khí thiên nhiên, dầu, củi, trấu phục vụ cho các

quá trình cung cấp nhiệt cho máy phát điện, nồi hơi, các quá trình sưởi ấm, sấynóng hoặc các quá trình khác

- Các chất ô nhiễm sinh ra từ các quá trình công nghệ khác nhau: do sử dụng

các loại nguyên liệu có sinh ra các chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất hoặc sảnphẩm của chúng là các chất dễ gây ô nhiễm môi trường

 Dựa vào nguồn gốc phát sinh

Có thể chia chất ô nhiễm thành hai loại như sau:

- Chất ô nhiễm sơ cấp: là các chất ô nhiễm được thải trực tiếp từ nguồn ô

nhiễm Ví dụ các chất SOx , NOx , bụi … thải ra từ các quá trình đốt nhiên liệu

- Chất ô nhiễm thứ cấp: là các chất ô nhiễm được tạo thành từ các chất ô

 Phân loại theo tính chất vật lý

Theo tính chất vật lý có thể phân ra các loại chất ô nhiễm không khí như sau:

- Chất ô nhiễm không khí ở thể rắn: ví dụ các loại bụi.

- Chất ô nhiễm không khí ở thể khí: ví dụ các loại hơi khí độc

- Chất ô nhiễm không khí ở thể lỏng: ví dụ các loại hơi dung môi

1.2.2 Ô nhiễm không khí do bụi

Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khídưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù Bụi bay

có kích thước từ 0,001 - 10μm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiềnm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiềnnhỏ chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo địnhluậ Stock Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặg cho cơ quan hô hấp,nhất là khi phổi nhiễm bụt thạh anh (Silicose) do hít thở phải không khí có chứ bụibioxit silic lâu ngày

Bụi lắng có kích thước lớn hơn10μm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiềnm, thường rơi nhanh xuốg đất theo định luậtNiutơn với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt,gây nhiễm trùng, gây dị ứng …

Bảng 1.1: Kích thước bụi theo vật liệu

1.2.3 Ô nhiễm không khí do hơi khí độc

Theo một trong các cách phân loại nguồn ô nhiễm ở trên chúng ta có thể nói có hailoại nguồn gây ô nhiễm môi trường, đó là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo

Nguồn này do các hiện tượng thiên nhiên như núi lửa, động đất sinh ra các loại khícùng nham thạch từ lòng đất phun ra Các quá trình phân huỷ của các loài động vật,thực vật cũng có thể gây ô nhiễm môi trường như tạo ra các mùi hôi, một số các chấtkhí, chúng có thể tác dụng với các chất khí trong thiên nhiên hình thành các khí sulfat,nitrat, các loại muối axit cacbonic

Nguồn ô nhiễm này rất đa dạng, phức tạp và có thể chia ra nhiều loại nguồn khácnhau, đó là ô nhiễm do giao thông vận tải, ô nhiễm do các quá trình đốt nhiên liệu, khí

thải từ các quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ thương mại và kể cả

từ chiến tranh

1.2.3.1 Ô nhiễm do các quá trình đốt

Quá trình đốt do các hoạt động của con người, trước hết phải kể đến các quá trìnhđốt nhiên liệu trong các quá trình công nghệ phục vụ cho các nồi hơi, máy phát điện,các quá trình sấy các loại nông sản, rau quả, gỗ…; sau đó có thể kể đến quá trình đốtphá rừng, làm rẫy, các quá trình nấu ăn… Tuy nhiên, các quá trình này thường gây ítảnh hưởng hơn quá trình đốt nhiên liệu phục vụ cho công nghiệp

Nhiên liệu ở đây có thể là các loại xăng, dầu (DO, FO, mazut…), các loại than đá,củi, trấu, mùn cưa… Tùy theo lượng nhiên liệu, thành phần, tính chất nhiên liệu vàthiết bị đốt, khi đốt sẽ sinh ra các hơi khí độc có thành phần, tính chất và nồng độ khácnhau Nhìn chung, với các loại nhiên liệu trên, thành phần của khí thải thường chứacác loại như: bụi, SOx, NOx, CO, aldehit Ngoài các yếu tố trên còn phải kể đến tìnhtrạng thiết bị, trình độ vận hành của công nhân cũng ảnh hưởng rất lớn đến thành phần,nồng độ và tính chất của khí thải Căn cứ vào thành phần nhiên liệu, khối lượng nhiênliệu tiêu thụ, tình trạng thiết bị… chúng ta có thể xác định được thành phần, tính chất

và khối lượng chất ô nhiễm sinh ra trong khói thải khi đốt chúng

1.2.3.2 Ô nhiễm do giao thông vận tải

Các loại hoạt động giao thông vận tải của các loại xe cộ, tàu hỏa, máy bay, tàuthủy… cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến ô nhiễm môi trường Thông thường các loạiphương tiện này cũng sử dụng các loại nhiên liệu như xăng, đặc biệt là dầu FO, DO,mazut Một vài hiện tại còn sử dụng than đá Thành phần và tính chất của các chất củacác chất gây ô nhiễm trong khói thải của các phương tiện cũng giống như trong cácquá trình đốt các loại nhiên liệu tương tự như trên Ngoài ra tiếng ồn cũng là một vấn

đề làm đau đầu các nhà quản lý và giám sát môi trường

Lượng khí thải sinh ra tuỳ thuộc vào tính năng kỹ thuật của các phương tiện.Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào chế độ vận hành, thí dụ lúc khởi động, chạy nhanh,chạy chậm, khi phanh (thắng)

Bảng 1.2 Thành phần khí độc hại trong khói thải của động cơ ô tô

1.2.3.3 Ô nhiễm do hoạt động sản xuất trong công nghiệp

Sản xuất công nghiệp sinh ra các chất ô nhiễm rất đa dạng với khối lượng lớn.Ngoài các chất ô nhiễm do các quá trình đốt nhiên liệu như kể trên được thải qua ốngkhói, mỗi ngành công nghiệp còn sinh ra những chất ô nhiễm đặc trưng, không thể cónguyên tắc xác định chung Dưới đây tóm tắt các chất ô nhiễm chỉ thị cho một sốngành công nghiệp chính như sau:

- Công nghiệp gang thép: bụi quặng, oxyt sắt, là các tạp chất rất nhỏ do thổi khôngkhí qua kim loại nóng chảy, các hợp chất flo tạo thành từ chất gây cháy CaF2, khí thảichứa bụi, các khí thải từ quá trình đốt lò nung

- Công nghiệp chế biến dầu mỏ: hydrocarbon, các hợp chất chứa lưu huỳnh có mùihôi (mercaptan), SOx, H2SO4, H2S, NO và NO2

- Các nhà máy phân bón supper phốt phát: chủ yếu là HF, SiF4, H2SiF6 từ

1.2.3.4 Ô nhiễm do các hoạt động của sản xuất nông nghiệp

Trong sản xuất nông nghiệp, vấn đề ô nhiễm không khí cần quan tâm đó là việcphun thuốc trừ sâu và sử dụng các loại phân bón cho lúa và cây trồng Nhiều loại thuốctrừ sâu và phân bón hoá học tồn tại rất lâu trong môi trường đất, nước; chúng rất khóphân huỷ nên tác dụng rất lâu dài Đặc biệt các loại thuốc trừ sâu do nông dân sử dụng

do không dùng đúng liều lượng hoặc khi bón cho cây trồng tính từ lúc bón phân hoặcphun thuốc tới lúc thu hoạch khá gần nên lượng thuốc trừ sâu tồn tại trong rau xanh rấtlớn

1.2.3.5 Phương pháp tính tải lượng chất ô nhiễm trong công nghiệp

Như đã trình bày ở trên, sản xuất công nghiệp sinh ra các chất ô nhiễm rất đa dạng,chúng gồm nhiều chất ô nhiễm với các thành phần, tính chất khác nhau tùy theo côngnghệ sản xuất, các hóa chất sử dụng, thiết bị máy móc và trình độ tay nghề của côngnhân Có thể xác định thành phần và lượng chất ô nhiễm trong sản xuất công nghiệpbằng cách sau

a) Căn cứ vào các phản ứng hóa học

Dựa vào công suất sản phẩm, định mức tiêu hao nhiên liệu, thành phần của nhiênliệu, thông qua việc xác định các phản ứng hóa học sinh ra trong quá trình công nghệsản xuất để tính ra thành phần và lượng chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất đó

Ví dụ: Nhà máy hóa chất tiêu thụ 1 năm 395.000 tấn dầu FO với thành phần của

lưu huỳnh là 2,9% khối lượng Hãy tính lượng SO2 sinh ra trong 1 năm của nhà máytrên

Giải

Tính lượng lưu huỳnh đốt trong 1 năm:

2,9% khối lượng = 29kg lưu huỳnh/1 tấn nguyên liệuVậy lượng lưu huỳnh tiêu thụ trong1 năm là :

29 kg/tấn x 395.000tấn/năm = 11.455tấn lưu huỳnh/năm

Khi đốt lưu huỳnh, phản ứng hóa học xảy ra như sau:

O2 + SO2 = SO2Theo phản ứng hóa học trên, cứ 32kg lưu huỳnh khi đốt sẽ sinh ra 64kg SO2.Như vậy khi đốt 11.455 tấn lưu huỳnh/năm sẽ sinh ra: 22.910 tấn SO2/năm Khốilượng SO2 sinh ra trong 1 năm của nhà máy là: 22.910 tấn/năm

b) Đo đạc trực tiếp

Một trong các cách xác định khác là dựa vào việc đo đạc trực tiếp nồng độ các chất

ô nhiễm trong khí thải kết hợp với việc tính toán lưu lượng khí thải từ đó tính tải lượngcủa các chất ô nhiễm

Ví dụ một số cách tính sau:

Theo B.B Pameranseva (nhà bác học Nga), khi áp dụng cho dầu DO và FO có thể tính như sau:

Thể tích các chất ô nhiễm:

 V(CO2) = 0,01866.C (m3/kg nhiên liệu)

 V(SO2) = 0,007.S (m3/kg nhiên liệu)

 V(NOx) = 0,008 N + 0,79.VB (m3/kg nhiên liệu)

 V(H2O) = 0,11.H + 0,0124.W + 0,0161.VB + 1,24.GB (m3/kg)

Trong đó:

 C, S, N, H, W là thành phần các nguyên tố có trong nhiên liệu; (%)

 VB là khối lượng không khí để đốt cháy 1kg nhiên liệu, (m3/kg);

 GB là khối lượng hơi nước được phun vào dầu để đốt; thường lấy bằng 0,031kg/kg nhiên liệu

Tổng thể tích khí thải là:

V = V(SO2) + V(NO2) + V(H2O) + V(CO2) (m3/kg)Khi xác định được tổng thể tích của sản phẩm cháy, nhân với nồng độ các chất ô nhiễm có trong khí thải ta được tải lượng của các chất ô nhiễm

c) Tính toán theo hệ số ô nhiễm

Ví dụ:

Bảng 1.3: Hệ số ô nhiễm do quá trình đố than đá

(lb/tấn than đá)

1.2.4 Ô nhiễm không khí do mùi hôi

Nói đến ô nhiễm không khí ngoài bụi, các loại hơi khí độc và tiếng ồn, không thểkhông kể đến các chất gây mùi hôi thối khó chịu Thực chất các chất gây mùi hôi đều

là các loại hơi khí độc

Các chất gây mùi (kể cả mùi hôi và mùi thơm) đều phát sinh từ các quá trình tựnhiên và hầu hết các hoạt động kinh tế xã hội

Các loại nhà máy sản xuất giấy, dệt nhuộm, phân bón, thuốc trừ sâu, hoá chất(sơn, vernis, cán cao su, chế biến mủ cao su, chế biến thực phẩm…), chế biến lương

thực, thức ăn gia súc, thực phẩm (nước mắm, bánh kẹo, hạt điều, thuốc lá, lò giết mổ,thuỷ sản)…

Chăn nuôi gia súc, gia cầm như heo bò, trâu, gà…

Mùi xăng dầu, các loại nguyên vật liệu chuyên chở trên đường

Các kho chứa hàng, chứa nguyên liệu, thành phẩm, chợ búa, các cửa hàng bánlương thực, thực phẩm, thuốc trừ sâu, nhà hàng, khách sạn, bệnh viện, kênh rạch…Ngoài ra cũng cần phải kể đến các sinh hoạt của con người như nấu ăn, chăn nuôisúc vật và các quá trình phân huỷ tự nhiên của các loại động, thực vật

Các chất gây mùi xuất hiện tại hầu hết mọi nơi do trực tiếp thải ra từ nguồn và quátrình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển Các chất gây mùi rất dễ nhận biết do khứugiác của con người, nhưng do thành phần đa dạng, phức tạp, phụ thuộc vào từng lĩnhvực hoạt động nên rất khó chỉ danh các chất ô nhiễm gây ra mùi là chất nào

- Ngoài ra một nguồn nhiệt không thể không kể đến, đó là lượng nhiệt truyềnqua các kết cấu công trình: mái nhà, tường nhà, nền nhà… vào bên trong côngtrình

Tất cả các nguồn nhiệt trên sinh ra sẽ tồn tại trong xưởng sản xuất, nếu không cóbiện pháp khống chế tốt, chúng sẽ làm cho nhiệt độ môi trường làm việc của côngnhân tăng lên rất nhiều so với nhiệt độ môi trường không khí Đó là nguyên nhân gâynên ô nhiễm nhiệt, làm ảnh hưởng trực tiếp đến người công nhân Có thể thấy điều ấyqua việc nghiên cứu sự trao đổi nhiệt giữa con người và môi trường

1.3 Sự biến đổi của chất ô nhiễm trong khí quyển

1.3.1 Sa lắng khô

Sa lắng khô các chất được xem xét qua hai giai đoạn:

- Giai đoạn dịch chuyển: là quá trình dịch chuyển các chất tới bề mặt;

- Giai đoạn hấp phụ: là quá trình hấp phụ các chất trên bề mặt

Trong khí quyển các chất có kích thước hạt nhỏ hơn 5m được vận chuyển bằngquá trình khuếch tán (cuốn xoáy) nhờ tác động của các lực ma sát tại bề mặt trái đấtmặt với chiều dày khoảng 1mm và luồng khí này có thể coi là song song bề mặt.

Trong lớp khí này sự cuốn xoáy không xảy ra và có thể coi đây là lớp biên chảytầng Các chất khí được khuếch tán qua lớp khí này bằng khuếch tán phân tử, tốc độkhuếch tán được xác định bằng gradient nồng độ và hệ số khuếch tán phân tử (giá trịnày có thể xác định từ thuyết động học đơn giản) Các hạt nhỏ hơn 0,1m được mangqua lớp biên chảy nhờ khuếch tán Brown Các hạt có kích thước lớn hơn 1,0m có thểchuyển qua lớp biên nhờ ảnh hưởng quán tính, nhưng đối với các hạt có kích thước từ0,1m đến 1,0m cả hai cơ chế này đều xảy ra và tốc độ chuyển động qua lớp biênchảy là nhỏ nhất đối với các hạt có kích thước nằm trong khoảng này Hầu hết các hạtaerosol chứa lưu huỳnh và nitơ nằm trong khoảng kích thước 0,1 – 1,0m, vì vậychuyển động của chúng qua lớp biên chảy rất khó khăn

Độ khó hay dễ của các chất khi chuyển động qua lớp biên được diễn tả bằng trởlực của lớp biên đối với quá trình sa lắng (rb)

Thuật ngữ thứ hai cần phải bổ sung cho khái niệm trở lực nhằm đánh giá ái lực (sựthu hút) của chính bề mặt đối với các chất ô nhiễm là trở lực của bề mặt rc hoặc trở lựccủa tán lá cây trong trường hợp sa lắng trên lá cây

Trở lực của bề mặt được xác định bằng ái lực vật lý và hóa học của các chất đốivới bề mặt Đối với bề mặt đồng nhất (ví dụ bề mặt nước) trở lực của bề mặt có thểxác định đơn giản Nhưng đối với cây cối nhiều yếu tố phức tạp cần phải tính đến ví

dụ như lá cây khô hay ướt, khí khổng mở hay đóng,…

Thuật ngữ cần phải tính đến khi xác định tốc độ sa lắng khô của các chất ô nhiễm

là trở lực khí động lực ra Giá trị này phụ thuộc vào tốc độ gió, độ nhám của bề mặt.Như vậy trở lực tổng cộng đối với quá trình sa lắng khô rt được xác định như sau:

Chúng ta sẽ xem xét ở đây các quá trình cơ bản:

Hầu hết các hạt sulfate có đường kính hạt 0,04 – 1,0m được tạo thành trên độ caocủa các đám mây Những hạt này được tạo thành do oxy hóa SO2 bằng gốc OH trongpha khí Hạt sulfate là hạt nhân cho quá trình ngưng tụ hơi nước để tạo thành mây baogồm các hạt với kích thước hạt từ 10-40m Những hạt này lớn dần do quá trình keo tụ

và tạo thành các hạt mưa rơi xuống đất

Oxy hóa SO2 trong pha lỏng đã được trình bày trong chương trước Ion sulfateđược tạo thành trong các đám mây có thể rơi xuống đất hoặc có thể bay hơi nước đểtạo thành các sulfate Sau đó, các hạt sulfate lại đóng vai trò hạt nhân để tạo thành mây

và cuối cùng rơi xuống đất theo các hạt nước mưa

Các hạt aerosol sulfate có thể xâm nhập vào mây và các giọt nước mưa như kếtquả của quá trình va đập giữa các giọt nước và những hạt sulfate Sự thanh lọc các hạtsulfate do cuốn theo nước mưa đóng vai trò quan trọng trong quá trình sa lắng các chấtlưu huỳnh khi mưa nhỏ Điều đó giải thích sự tăng nồng độ sulfate trong nước mưađầu trận mưa lớn

Bảng 1.4: Một số quá trình sa lắng ướt

CHƯƠNG 2 KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN

2.1 Đặc điểm của khí quyển

Tầng đối lưu (Troposphere)

Là tầng không khí gần mặt đất nhất, độ cao trung bình của nó vào khoảng 11 km:

ở hai cực trái đất chỉ cao từ 8 - 10 km, còn ở vùng xích đạo là 13-15 km Ðộ cao củatầng khí quyển này do độ cao của các dòng đối lưu quyết định, bởi vậy nó thay đổitheo mùa trong năm và thay đổi theo vĩ độ địa lý, do tính chất nhiệt lực quyết định.Tầng đối lưu là tầng khí quyền hoạt động nhất Các hiện tượng thời tiết, mưa,nắng, mây, dông bão đều xảy ra ở tầng khí quyển này Tầng đối lưu cũng là môitrường sống của tất cả các sinh vật trên trái đất

Ðặc điểm quan trọng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm dần theo độ cao Trungbình cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm xuống 0,640C

Ở tầng này thường xảy ra hiện tượng các dòng không khí đi lên hoặc đi xuống (docác trung tâm khí áp cao, khí áp thấp , do gặp các chướng ngại vật trên mặt đất, do sựtranh chấp giữa các khối không khí ) Hiện tượng thăng giáng của các khối không khí

đã làm thay đổi chế độ nhiệt, ẩm của không khí

Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí trong tầng đối lưu thường diễn rahàng ngày, với cường độ mạnh hay yếu tùy theo chế độ nhiệt của mặt đất và là nguyênnhân làm hơi nước ngưng kết, tạo thành mây, mưa Hiện tượng đi xuống của các khốikhông khí (ở các trung tâm áp cao, trên các sườn núi xuống ) làm cho không khí nónglên, độ ẩm xa dần trạng thái bão hòa Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí

là một hiện tượng đặc trưng quan trọng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu chiếm 80% khối lượng khí quyển và 90% hơi nước, thành phần khíquyển ở tầng này luôn luôn diễn ra sự trao đổi giữa mặt đất, mặt đại dương và khíquyển

Tầng bình lưu (Stratosphere)

Tầng bình lưu là tầng tiếp giáp với tầng đối lưu, lên cao tới 50km Ðặc điểm củatầng bình lưu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng đứng Có thể tách tầng nàythành hai lớp:

- Lớp đẳng nhiệt: nằm sát tầng đối lưu lên cao tới 25km, nhiệt độ ít thay đổi, trungbình vào khoảng -550C Lớp khí quyển này thường chuyển động theo chiều nằm ngang

từ đông sang tây Kích thước các khối không khí này có thể tới hàng nghìn cây số

- Lớp nghịch nhiệt: ở độ cao từ 25 đến trên 50km Ở tầng này nhiệt độ tăng dầntheo độ cao, nhiệt độ trung bình vào khoảng 00C, tối đa có thể tới trên +20C

Sư tăng dần nhiệt độ của lớp khí quyển này có thể là do sự có mặt của tầng ôzôn,chất hấp thu mạnh các tia sóng ngắn của bức xạ mặt trời

- Phía trên tầng nghịch nhiệt là đỉnh tầng bình lưu (Stratopause), nhiệt độ khá ổnđịnh, khoảng -20C ở độ cao 50km

- Tầng Ôzôn đạt nồng độ cực đại từ độ cao 19 – 23km

Tầng trung lưu (Mesosphere)

Tầng trung gian nằm trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 - 90 km Tầng này nhiệt

độ giảm dần theo độ cao và đạt đến giá trị -920C

Tầng nhiệt lưu (Thermosphere)

Còn gọi là tầng nhiệt quyển là tầng không khí có độ cao từ 80 - 500km Ở tầngnày không khí rất thưa loãng Dưới tác dụng của các tia bức xạ, các chất khí đều bịphân ly và bị ion hoá mạnh Khí quyển ở đây có độ dẫn điện cao

Ðộ dẫn điện cao ở tầng điện ly là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyếnphát đi từ mặt đất, nhờ vậy mà mọi thiết bị vô tuyến điện ở mặt đất, ở các vệ tinh nhântạo mới có thể hoạt động bình thường được

Tầng ion có thể nhận thấy hai cực đại ion hóa ở độ cao 100 km và 180 - 200km.Ðặc điểm quan trọng của tầng khí quyển này là nhiệt độ không khí cao và tăngnhanh theo độ cao Ở độ cao 200km có nhiệt độ 6000C, còn ở giới hạn trên là 1700oC.

Tầng khuyếch tán (Exosphere)

Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 đến 3000 km, là tầng chuyển tiếpgiữa khí quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thưa loãngthành phần chủ yếu là Hydrô và Hêli

2.1.1.2 Thành phần không khí của lớp khí quyển gần mặt đất

Sự trao đổi liên tục giữa khí quyển, địa quyển, thủy quyển và sinh quyển đã tạonên những cân bằng động duy trì sự có mặt và tồn tại của các chất khí trong khí quyển.Trong một đơn vị thể tích của không khí khô và sạch có chứa 78,08% nitơ (N2),20,95% ôxy (O2), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic Các chất khí nêon, hê li, cripton,hyđrô, xênon và ôzôn chỉ chiếm 0,01% (Bảng 2.1) Trong khí quyển còn có một sốchất có thành phần biến động như hơi nước, bụi khói, các chất khí độc hại, các ion vàcác chất hữu cơ do thực vật thải ra

Bảng 2.1: Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm

2.1.2 Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao

Khi một khối không khí bổ sung bốc lên cao trong khí quyển theo phương thẳngđứng, nó sẽ chịu tác động của một áp suất mỗi lúc một giảm nhỏ, nó sẽ dãn nở và nhiệt

độ sẽ hạ thấp Ngược lại khi khối không khí hạ dần độ cao thì nó bị nén ép, áp suấttăng và kéo theo nhiệt độ cũng tăng cao

Người ta gọi gradian nhiệt độ đoạn nhiệt khô là độ hạ hoặc tăng nhiệt độ của mộtkhối không khí trong quá trình bốc lên cao hoặc hạ xuống thấp trong khí quyển khô

Trong trường hợp không khí được vận chuyển theo phương thẳng đứng trongbầu khí quyển, hiệu quả của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ là chiếm ưu thế, cònquá trình truyền nhiệt với môi trường xung quanh bằng dẫn nhiệt và bức xạ là thứ yếu,

có thể bỏ qua Điều đó có nghỉa là khối lượng không khí được nung nóng hoặc làmnguội từ các nguồn nhiệt bên ngoài (mà chỉ do nội tại của quá trình dãn nở), tức dQ =

0 Mọi quá trình xảy ra với dQ = 0 được gọi là quá trình đoạn nhiệt (adiabatic)

Khi nhiệt độ đột nhiên tăng theo chiều cao lúc đó ta có nghịch nhiệt

Nếu sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có độ giảm nhiệt độ theo chiều cao mạnhhơn so với độ giảm nhiệt độ theo quá trình đoạn nhiệt – người ta gọi đò là phân bốnhiệt độ “siêu đoạn nhiệt” Ngược lại, nếu lực tác động ban đầu đẩy khối không khíxuống dưới thì nhiệt độ không khí của nó nhỏ hơn tức nặng hơn so với không khí xungquanh và như thế nó sẽ tiếp tục chuyển động xuồng dưới

Hình 2.2: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế siêu đoạn nhiệt

Điều kiện phân bố nhiệt độ siêu đoạn nhiệt là điều kiện khí quyển không ổn định.Trong điều kiện này các chất ô nhiễm khuếch tán ra môi trường xung quanh thuận lợi

và nhanh chóng

Trong trường hợp phân bố nhiệt độ theo chiều cao trùng với đường đoạn nhiệt ta

có điều kiện khí quyển trung tính

Trong điều kiện khí quyển trung tính nếu một khối không khí ở vị trí ban đầu bất

kỳ bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quátrình đoạn nhiệt và luôn luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, khốilượng 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 lực đẩy ban đầu.trong điều kiện không khí trung tính sự khuếch tán chất ô nhiễm không thuận lợi bằngđiều kiện không ổn định

Hình 2.3: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế dưới đoạn nhiệt

Khi độ giảm nhiệt độ theo chiều cao dương nhưng nhỏ hơn so với gradian nhiệt độcủa quá trình đoạn nhiệt khô, ta có khí quyển ổn định

Trong trường hợp này một khối không khí bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp thì nhiệt

độ của nó theo quá trình đoạn nhiệt sẽ nhỏ hơn hoặc lớn hơn nhiệt độ xung quanh tứckhối lượng của nó nặng hơn hoặc nhẹ hơn khối không khí xung quanh Sự chênh lệchnhiệt độ đó cũng tức lả chênh lệch khối lượng đơn vị - sẽ có xu hướng kéo khối khôngkhí trở lại vị trí ban đầu Như vậy trong điều kiện khí quyển ổn định luôn luôn có hiệntượng kìm hãm sự chuyển động thẳng đứng của không khí và do đó sự khuếch tán cácchất ô nhiễm cũng bị hạn chế

Hình 2.4: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế nghịc nhiệt

Nói chung cả 3 mức ổn định của khí quyển nêu trên, ta có thể bắt gặp cùng một địađiểm vào thời gian khac nhau trong ngày khi thời tiết mùa xuân nắng ráo, không mây,không mưa và gió nhẹ

2.2 Độ ổn định của khí quyển

Theo Pasquill và Gifford, các cấp ổn định của khí quyển có liên quan chặt chẽ với

sự biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao Tuỳ theo chiều hướng và mức độ thayđổi nhiệt độ theo chiều cao ta có các trường hợp đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, siêu nhiệt hoặcnghịch nhiệt

Hình 2.5: Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên mặt đất

Sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết như bức xạmặt trời ban ngày, độ mây che phủ về ban đêm, vận tốc gió…

Bảng 2.2: Xác định các cấp ổn định của khí quyển theo Pasquill

Ghi chú :

1 Các cấp ổn định A, B, C,… F

2 Độ mây được xác định như là tỷ lệ vùng trời bị mây phủ so với toàn bộ bầu trờinhìn thấy trên đưòng chân trời

3 Bức xạ mặt trời mạnh ứng với trường hợp trời nắng gắt vào buổi trưa giữa mùa

hè hoặc có thể coi nó tương ứng với biên độ bức xạ mặt trời > 600

4 Bức xạ mặt trời vừa là lúc giữa buổi sáng hoặc có thể tính tương đương khi bức

2.3.Những điều kiện ảnh hưởng đến sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển

2.3.1 Yếu tố nguồn gây ô nhiễm

Các yếu tố về nguồn bao gồm: tải lượng chất ô nhiễm, tốc độ và nhiệt độ khí thải,chiều cao và đường kính đỉnh của nguồn, bản chất của khí thải…

- Tải lượng chất ô nhiễm: là khối lượng chất ô nhiễm thải ra ngoài khí quyển Đây

là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển Tảilượng chất ô nhiễm càng lớn có nghĩa là chất ô nhiễm thải ra khí quyển càng nhiều và

mức độ ô nhiễm càng tăng.

- Tốc độ của khí thải: là vận tốc của khí thải trước khi thoát ra khỏi nguồn Thông

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

- 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 giữa khí thải vàkhông khí bên ngoài càng lớn và cuối cùng chúng tạo ra độ chênh áp suất giữa khí thải

và không khí bên ngoài càng lớn thúc đẩy quá trình phát tán càng xa hơn

- Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh của ống khói Chiều

cao của nguồn có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễm Chiều cao của nguồn càng lớn thì chất ô nhiễm phát tán càng xa và ngược lại Tuy nhiên, việc nâng cao chiều cao của nguồn để pha loãng khí thải cũng có giới hạn do chúng còn

phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật khi xây dựng nó

- Đường kính đỉnh của nguồn: là đường kính trong của ống khói Nếu ống khói có

dạng hình côn thì đó là đường kính trong tại đỉnh ống khói Thông số này có liên quan

đến lưu lượng và tốc độ chuyển động của khí thải trước khi ra khỏi ống khói Đườngkính của ống khói càng nhỏ thì tốc độ khí thải càng lớn và quá trình phát tán càng xa

và ngược lại

- Bản chất của khí thải: là kể đến các tính chất vật lý, hoá học của chất ô nhiễm.

Các tính chất này cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễmtrong khí quyển Ví dụ, với chất khí thì thường phát tán xa hơn chất lỏng; các chất cótrọng lượng lớn thì dễ xảy ra các quá trình sa lắng khô, sa lắng ướt hơn các chất cótrọng lượng bé Các loại có khi có nồng độ bụi cao và kích thước hạt lớn thì thườngphát tán gần hơn, các hạt bụi sau khi ra khỏi ống khói sẽ bị sa lắng khô và sa lắng rấtnhanh hơn kết quả là chúng rơi gần ống khói hơn

2.3.2 Yếu tố khí tượng thủy văn

2.3.2.1 Biến trình ngày và sự phân bổ nhiệt độ theo chiều cao

Thông thường, trong điều kiện thời tiết nêu trên, độ giảm nhiệt độ theo chiều caodiễn ra theo đường gần như đoạn nhiệt vào nữa cuối ngày sau buổi trưa, khi mặt trời

đã cung cấp đủ năng lượng để làm ấm lớp không khí sát mặt đất

Cũng điều kiện thời tiết như trên nhưng nếu cường độ bức xạ mặt trời lớn (mùahè) mặt đất có thể bị đốt nóng dữ dội, làm cho lớp không khí tiếp giáp mặt đất lần lượt

bị nung nóng nhanh chóng, cuối cùng ta sẽ có khí quyển siêu đoạn nhiệt

Sau khi Mặt Trời lặn, vào ban đêm do không có bức xạ mặt trời và mặt đất là vậtđen lý tưởng phát ra tia hồng ngoại rất mạnh và hiệu quả vào không trung nên nó đượclàm nguội một cách nhanh chóng làm cho lớp không khí sát mặt đất tuần tự nguộitheo Kết quả là vào sáng hôm sau quan sát thấy ở mặt đất nhiệt độ tăng dần theo chiềucao và độ cao có thể đạt đến là 300m Đó là lớp khí quyển nghịch nhiệt, người ta gọilớp khí quyển này là nghịch nhiệt bức xạ

Khi mặt trời lên cao làm ấm lớp không khí sát mặt đất, quá trình tiếp tục diễn racho đến giữa trưa khi mà lớp không khí này đủ năng lượng phá tan lớp nghịc nhiệt tồntại tử đêm hôm trước

2.3.3.2 Nghịch nhiệt

Nghịch nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong khí hậu học ô nhiễm không khí Khi

có nghịch nhiệt không khí trở nên rất ổn định và ngăn cản môi chuyển động thẳngđứng của khối khí do lực nổi gây ra Độ ổn định do ngịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chếtrao đổi năng lượng gió của lớp không khí sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trêncao và do đó làm cản trở quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương đứnglẫn phương ngang

Nghịch nhiệt được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:

 Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới

 Làm nóng 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 không khí lạnh

2.3.3.3 Độ cao hòa trộn

Khi mặt đất bị đốt nóng không đều thì bộ phận không khí tiếp giáp với chỗ mặt đất

bị đốt nóng mạnh nhất sẽ có nhiệt độ cao và bay lên nối tiếp nhau thành cột không khínóng, không khí mát trên cao sẽ chìm xuống để thay thế Kết quả ta có sự hòa trộnkhông khí theo phương thẳng đứng trẹn phạm vi rộng và kéo theo sự hòa trộn theophương ngang

2.3.3.5 Độ ẩm của không khí

Là lượng hơi nước chứa trong không khí Lượng hơi nước chứa trong không khíphụ thuộc vào nhiệt độ và phân áp suất của hơi nước Trong điều kiện bình thường hơinước chứa trong khí quyển ở trạng thái chưa bão hoà, gặp khi trời mưa độ ẩm củakhông khí tăng lên, nếu trời mưa lâu không khí có thể đạt trạng thái bão hoà Khôngkhí có độ ẩm càng thấp thì khả năng phát tán, pha loãng khí thải càng cao và ngược lại.Với những ngày trời nắng thì khí thải phát tán tốt hơn những ngày trời ẩm thấp hoặcvùng có nhiều sương mù Tuy nhiên, cũng phải thấy thêm rằng khi độ ẩm không khícao tức là lượng hơi nước trong khí quyển nhiều sẽ giúp cho quá trình sa lắng ướt hoặccác phản ứng hoá học giữa các chất ô nhiễm háo nước với hơi nước có trong khí quyểnnhanh hơn Điều này dẫn đến việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyểnnhưng lại làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mưa Điều này cũng lý giảitại sao ở 10 phút đầu của trận mưa nồng độ SO42- thường lại rất cao

2.3.3.6 Bức xạ mặt trời và độ mây che phủ

Thực chất hai yếu tố này ảnh hưởng cũng không ít đến quá trình phát tán chất ônhiễm Tuy nhiên, mức độ của nó thấp hơn các yếu tố nêu trên

2.3.3.7 Nhiệt độ không khí

Là đại lượng biểu thị mức độ nóng hay lạnh của không khí Yếu tố này có liên quan

đến quá trình phát tán chất ô nhiễm thông qua hiệu số nhiệt độ giữa khí thải và khôngkhí trong khí quyển như đã trình bày ở trên

2.3.3 Ảnh hưởng của địa hình

Lý thuyết và các công thức tính toán sự phân bố nồng độ ô nhiễm trên mặt đất donguồn điểm cao (ống khói) gây ra đã xem xét trước đây đều áp dụng cho địa hình bằngphẳng

Trường hợp địa hình không bằng phẳng, trên đường lan truyền làn khói gặp vật cản

có dạng như núi đồi, vực sâu, thung lũng … khi đó vận tốc gió sẽ bị thay đổi, mức độrối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khói sẽ bị biến dạng, kéo theo là sựphân bố nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói cũng như trên mặt đất bị thay đổi

Hình 2.6-1: Hình ảnh của luồng khói trên địa hình có đồi núi

Ở phía đón gió của sườn đồi luồng gió chuyển động theo các đường dòng của không khí và do đó có xu hướng vừa va đập vào sườn đồi vừa bị hất ngược lên cao Vìvậy nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao so với trường hợp địa hình bằng phẳng

Ở phía khuất gió của ngọn đồi, bức tranh càng phức tạp hơn do có hiện tượng quẩngió làm cho chất ô nhiễm bị ứ đọng lại trong khu vực này và không lan tỏa được ra xahơn nữa

Nhìn chung, ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán chất ô nhiễm làrất đa dạng và phức tạp, không thể áp dụng một lý thuyết tổng quát nào bao trùm hếtmọi hình thái vật cản và tình huống có thể xảy ra mà chỉ giới hạn trong một trườnghợp đơn giản và cần dựa vào nghiên cứu thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể làchủ yếu

Theo Berliand M.E và cộng sự thì đối với địa hình có đồi núi thung lũng hoặcsườn dốc kéo dài theo chiều trực giao với hướng gió nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đấtcũng được tính toán như trường hợp địa hình bằng phẳng nhưng kết quả nhận đượcthêm hệ số để kể đến ảnh hưởng của vật cản

Hình 2.6-2: Hình ảnh của luồng khói trên địa hình có đồi núi

Hình 2.6-3: Hình ảnh của luồng khói trong thung lũng và vùng ven biển

2.5 Khuếch tán ô nhiễm từ các nguồn điểm cao

2.5.1 Hình dáng luồng khuếch tán chất ô nhiễm

Độ rối không khí được phân biệt thành hai dạng khác nhau: độ rối đối lưu do nhiệtgây ra và độ rối cơ học Độ rối cơ học xảy ra từ chuyển động của không khí trên mặtđất và nó phụ thuộc vào những yếu tố không thuộc về nhiệt như: nhà cửa, vật cản đốivới chuyển động của không khí Độ rối cơ học tăng khi vận tốc gió tăng và mặt đất gồghề, lồi lõm

Rối cơ học và đối lưu do nhiệt thường tác động một cách đồng thời với tỉ lệ khác nhauđến quá trình khuếch tán chất ô nhiễm

Rối đố lưu được hình thành phần lớn là do chênh lệch nhiệt độ giữa luồng khói vàkhông khí xung quanh Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao của khí quyển liên quanchặt chẽ đến chênh lệch nhiệt độ nói trên là yếu tố quan trọng của hiện tượng đối lưu.Hình dáng và sự phân bố nồng độ của luồng khói phụ thuộc vào các điều kiện khíquyển:

a) Khí quyển không ổn định tức là khi phân bố nhiệt độ theo độ cao có dạng siêuđoạn nhiệt, luồng khói sẽ có dạng uốn lượn Đó là dạng luồng khói điển hìnhthường có vào ban ngày khi mặt trời đốt nóng mặt đất với cường độ bức xạ lớn Khi

có vật cản trên đường di của vệt khói như có đồi núi chắn ở phía trước luồng giócũng tạo ra hình dạng tương tự.

b) Luồng khói dạng hình côn thường hình thành trong điều kiện khí quyển trungtính hoặc gần trung tính Góc mở của luồng khói hình côn thường khoảng 200.c) Luồng khói hình quạt thường xảy ra trong điều kiện khí quyển ổn định với phân

bố nhiệt độ theo chiều cao theo dạng ngịch nhiệt kết hợp với gió nhẹ Trong điềukiện này tính chất rối cơ học bị triệt tiêu theo chiều đứng và chỉ phát triển được theochiều ngang làm cho luồng khói có dạng mỏng và xòa rộng trên mặt bằng như hìnhcái quạt luồng khói hình quạt thường xuất hiện vào ban đêm

d) Khi khí quyển có sự phân tầng, ở phía dưới sát mặt đất trong phạm vi độ caoống khói có ngịch nhiệt còn ở phía trên vẫn có phân bố nhiệt độ bình thường (đoạnnhiệt, siêu đoạn nhiệt hoặc dưới đoạn nhiệt) thì chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở gần méptrên của lớp nghịch nhiệt và tạo thành mặt dưới khá bằng phẳng của luồng khói,chất ô nhiễm khuếch tán được thuận lợi hơn ở mặt trên Trong điều kiện này rất cólợi về mặt môi trường vì nồng độ chất ô nhiễm ở mặt đất được hạn chế ở mức thấp.Luồng khói khuếch tán mạnh ở biên trên thường xuất hiện vào buổi chiều tối khimặt trời lặn, trời trong, không mây

e) Cũng tương tự như trường hợp trên nhưng sự phân tầng ngược lại: lớp ngịchnhiệt ở bên trên lớp siêu đoạn nhiệt – ta có bức tranh gần như đối xứng với hìnhdáng luồng khói ở trường hợp d: luồng khói khuếch tán mạnh ở mặt dưới – “xôngkhói” mặt đất Đây là trường hợp bất lợi vì nhiệt độ mặt đất sẽ tăng cao Hiện tượngnày thường xảy ra vào buổi sáng khi mặt trời hâm nóng mặt đất và các lớp khôngkhí mỏng tuần tự từ dưới lên trên nhưng chưa đủ để loại bỏ lớp nghịch nhiệt hìnhthành từ đêm hôm trước

f) Khi cả bên trên và bên dưới ống khói đều có lớp ngịch nhiệt, luồng khói sẽ bịgiới hạn bởi 2 lớp ngịch nhiệt và chất ô nhiễm khó khuếch tán lên trên lẫn xuốngdưới

2.5.2 Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm

Phương trình vi phân cơ bản của quá trình khuếch tán chất ô nhiễm dạng khí và dạng lơ lửng trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi tính toán toán học về quá trình này là xuất phát từ phương trình cổ điển về dẫn nhiệt trong vật rắn [F.Pasquill Noel de nevers ].

Trong trường hợp ta đang xem xét ở đây là dòng khí chảy rối, phương trình biểudiễn nồng độ chất ô nhiễm khối lượng của chất đó trên đơn vị thể tích tại một điểm cótọa độ x, y, z có dạng như sau:

Hình 2.6: Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm từ ống khói

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

Khếch tán chất ô nhiễm trong không khí có dạng hoàn toàn giống với phương trìnhdẫn nhiệt trong vật rắn Quá trình khuếch tán cũng giống như quá trình dẫn nhiệt cóthể diễn ra trong không gian một chiều, hai chiều hoặc ba chiều

Ví dụ: Để minh họa cho trường hợp dẫn nhiệt một, hai hoặc ba chiều có thể nêu ramột cách cụ thể là: Dẫn nhiệt trên 1 dây kim loại mảnh (một chiều); dẫn nhiệt trên mộttấm kim loại mỏng và phẳng (hai chiều) và dẫn nhiệt trong một khối kim loại hình hộp(ba chiều) khi có nguồn nhiệt cấp vào một điểm nào đó của các vật thể dạng sợi, dạngtấm hoặc dạng khối nói trên

Hình 2.7: Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm

2.5.3 Xác định nồng độ chất ô nhiễm theo mô hình Gauss

Theo mô hình luồng khói của Pasquill và Gifford lượng chất ô nhiễm trong luồngkhói có thể được xem như tổng hợp của vô số các khối phụt tức thời, những khối phụt

đó được gió mang đi và dần dần nở rộng ra khi ra xa ống khói giống như một ổ bánh

mì được cắt ra thành nhiều lát mỏng và xếp luồng kề mép lên nhau (hình 2.7)

Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng của luồng khói có thể được xem là nhưnhau, tức là có qua sự trao đổi được chất từ lát này sang lát nọ kề bên nhau trên trục x

Từ cách lập luận đó, bài toán lan truyền chất ô nhiễm ở đây là bài toán hai chiều

Hình 2.8: Mô hình khuếch tán khí theo Guass

Công thức xác định nồng độ chất ô nhiễm tại điểm có toạ độ x,y,z theo mô hìnhGauss như sau:

C(x,y,z) =

z y

2

2

exp2

exp

z

e z

H Z

 H e : Chiều cao hiệu quả của ống khói, m.

Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất thì z = 0 và công thức (1) sẽ trở thành:

C(x,y,0) =

z y

y = 0 và thu được:

C(x,0,0) =

z y

Điều kiện khi áp dụng Gauss

Điều cần lưu ý là các công thức xác định nồng độ ô nhiễm của các tác giả trênđây cũng như công thức theo mô hình Gauss (công thức 4.32) đều được dựa trên cơ

sở các giả thiết sau đây:

1 Các điều kiện ổn định: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian

2 Dòng chảy đồng nhất: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo không gian

3 Chất ô nhiễm có tính trơ, tức là không xảy ra phản ứng hoá học cũng như khônglắng đọng do trọng lực

4 Có sự phản xạ tuyệt đối của bề mặt đất đối với luồng khói, tức là không có hiệntượng mặt đất hấp thụ chất ô nhiễm

5 Sự phân bố nồng độ trên mặt cắt trực giao với trục gió theo phương ngang (y)

và phương đúng (z) là tuân theo luật phân phối (xác suất) chuẩn Gauss

6 Vận tốc gió khác không và là hằng số để cho hiện tượng khuếch tán theophương x được coi là không đáng kể so với lực vận chuyển và lôi cuốn luồng khói vềphía trước của gió

Hệ số khuếch tán σy, σz được lấy giá trịy và σy, σz được lấy giá trịz

Để áp dụng được các công thức tính toán khuếch tán theo mô hình Gauss, cần phảibiết các giá trị của các hệ số σy, σz được lấy giá trịy, σy, σz được lấy giá trịz

Như vậy, σy, σz được lấy giá trịy và σy, σz được lấy giá trịz phụ thuộc vào khoảng cách x, độ rối của khí quyển và vận tốcgió Pasquill và Gifford đã bằng thực nghiệm thiết lập được mối quan hệ của các hệ số

σy, σz được lấy giá trịy, σy, σz được lấy giá trịz phụ thuộc vào khoảng cách x xuôi theo chiều gió ứng với các mức độ ổn địnhcủa khí quyển khác nhau A, B, C, D, E và F

Dưới đây là bảng công thức tính toán σy, σz được lấy giá trịy và σy, σz được lấy giá trịz do Briggs G lập đối với khoảng cách x từ 100 đến 10.000m (bảng 2.1)

Theo định luật Martin, các công thức tính σy, σz được lấy giá trịy, σy, σz được lấy giá trịz thay có dạng như sau:

σy, σz được lấy giá trịy = ax0,894 và σy, σz được lấy giá trịz = bxc + dTrong đó :

 x: là khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, tính bằng km

 Các hệ số a, c, d và f cho ở bảng sau

Bảng 2.1: Các hệ số a, b, c, d

2.5.6 Chiều cao hiệu quả của ống khói

Tại miệng ống khói, nhờ vận tốc phụt, luồng khói có một động năng ban đầu làmcho luồng khói có xu hướng bốc thẳng đứng lên trên Mặt khác, do nhiệt độ của khóicao hơn nhiệt độ không khí xung quanh, luồng khói chịu tác dụng của “lực nổi” dochênh lệch nhiệt độ gây ra Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác dụng của lực giónằm ngang, do đó đỉnh cao nhất của luồng khói sẽ nằm cách xa ống khói một khoảngcách nhất định nào đó xuôi theo chiều gió Khi đã đạt được độ cao ấy, tức là lúc độngnăng ban đầu của luồng khói đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên cân bằng vớinhiệt độ của khí quyển do kết quả của quá trình hoà trộn với không khí xung quanh,luồng khói sẽ đi theo phương nằm ngang song song với chiều gió Độ cao gia tăng đócủa luồng khói được gọi là độ nâng cao tổng cộng của luồng khói do động năng banđầu và do chênh lệch nhiệt độ giữa khói thải và nhiệt độ không khí xung quanh Vìvậy, khi tính toán khuếch tán ô nhiễm từ các nguồn điểm cao, chiều cao tính toán củaống khói sẽ bằng tổng chiều cao hình học của ống khói với độ nâng cao tổng cộng củaluồng khói:

H e = h+ h (4)

Trong đó:

 H e : Chiều cao hiệu quả của ống khói, m;

 h: chiều cao thực của ống khói, m;

 h: Độ nâng cao tổng cộng của luồng khói do động năng ban đầu và dochênh lệch nhiệt độ, m

Có nhiều tác giả đề xuất công thức xác định độ nâng cao tổng cộng của luồngkhói:

Công thức của W.F Davidson

Dựa vào kết quả thực nghiệm tiến hành trên ống khí động, W.F Davidson đã đưa

ra công thức xác định độ nâng tổng cộng của luồng khói như sau:

 h v : Độ nâng do vận tốc phụt của luồng khói, m

4 , 1

h v  (6)

khãi t

T

T u



(7)Trong các công thức trên:

 D: Đường kính miệng ống khói,m;

 T : Chênh lệch độ giữa khói và không khí xung quanh, oC hoặc oK;

 Tkhói: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói; oK

  : Vận tốc phụt của luồng khói tại miệng ống khói, m/s;

 u: Vận tốc gió thông thường tăng theo chiều cao, và thường được xác định từtốc độ gió đo được ở cột khí tượng cao 10m

Theo kết quả nghiên cứu của Irwin J.S (1979) thì vận tốc gió thay đổi theo chiềucao theo quy luật hàm số mũ phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất Z0 và các cấp ổnđịnh khí quyển theo thang Pasquill - Gifford, công thức có dạng:

 u( 10 )

: Vận tốc gió ở độ cao 10m

 Z: Độ cao cần tính vận tốc u z , m; n: hệ số mũ không thứ nguyên

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

Những công thức tính toán khuếch tán nêu ra trên đây là áp dụng cho các chất khí.Đối với bụi nhẹ lơ lửng, một cách gần đúng có thể xem vận tốc rơi của chúng dưới tácdụng của trọng lực là không đáng kể và mức độ khuếch tán của chúng cũng gần nhưcủa khí, lúc đó ta vẫn có thể áp dụng các công thức đó để xác định nồng độ bụi trênmặt đất (mức nồng độ bụi trong lớp không khí sát mặt đất) Tuy nhiên, đối với khí thải

có chứa bụi với thành phần cỡ hạt khác nhau (polydisperse), kích thước >20m là

đáng kể, do đó chúng sẽ lắng đọng nhanh xuống mặt đất ở vùng gần chân ống khóixuôi theo chiều gió Như vậy, sẽ có sự khác biệt đáng kể giữa nồng độ bụi và nồng độkhí trên mặt đất

Hình 2.9 thể hiện sự lắng đọng của các loại cỡ bụi thô, mịn khác nhau trên mặt đấtcũng như diễn biến của nồng độ bụi và khí xuôi theo chiều gió Bosauquet và cộng sự

đã nghiên cứu lý thuyết phương pháp xác định lượng lắng đọng trung bình của bụi,trong đó có tính đến vận tốc rơi tự do của bụi trong điều kiện thời tiết có gió Về mặt

lý thuyết, khi vận tốc rơi tự do của bụi càng lớn thì vị trí có mật độ lắng đọng bụi cựcđại sẽ nằm càng gần chân ống khói Bosanquet còn chỉ ra rằng: tăng chiều cao ốngkhói có tác dụng cải thiện đáng kể vùng gần chân ống khói, nhưng ở khoảng cách từ 1đến 2 dặm trở lên việc nâng chiều cao ống khói không có ảnh hưởng gì rõ rệt

Đối với đa số chất ô nhiễm thể khí thì mặt đất không hấp thụ mà phản xạ ngượctrở lại vào khí quyển, còn với bụi ta có thể xem xét mặt đất là vật hấp thụ hoàn toàn

Vì vậy, mô hình Gauss cơ sở có ý nghĩa quan trọng trong trường hợp này

Hình 2.9: Phân bố nồng độ bụi và khí trên mặt đất do ống khói gây

ra ứng với vận tốc gió nhất định

Công thức tính tính toán khuếch tán chất ô nhiễm được hiệu chỉnh lại:

Để tính nồng độ bụi trên mặt đất ta chỉ việc thay z =0 vào công thức trên, còn để tính toán nồng độ bụi trên mặt đất dọc theo trục gió ta thay cả y và z = 0 và lúc đó

công thức sẽ thành:

Trong công thức:

 Cb: Nồng độ bụi tính theo g/m3

 Mb: Lượng phát thải bụi thuộc nhóm cỡ hạt bụi cần xem xét, (m/s)

 vr: vận tốc rơi tới hạn trung bình của nhóm cỡ hạt bụi xem xét, (m/s)

 x: khoảng cách dọc theo trục gió kể từ nguồn, (m.)

 Các ký hiệu khác và đơn vị của chúng không có gì thay đổi so với trước

2.5.8 Vận tốc gió nguy hiểm

Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất do quá trình khuếch tán từ các nguồn điểm caogây ra phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khí hậu, trong đó quan trọng nhất là vận tốcgió

Từ các công thức đã dẫn ra trên đây ta thấy, ứng với chiều cao hiệu quả nhất địnhcủa ống khói thì nồng độ tăng khi vận tốc giảm Mặt khác, khi vận tốc gió giảm thì độcao hiệu quả của ống khói lại tăng và kéo theo là nồng độ giảm Như vậy sẽ tồn tại mộttrị số vận tốc gió uM mà tại đó nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ đạt giá trị caonhất Người ta gọi trị số uM đó là vận tốc gió nguy hiểm Vận tốc gió nguy hiểm uMđược xác định điều kiện C/u = 0

CHƯƠNG 3 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM

VÀ BẢO VỆ KHÔNG KHÍ

3.1 Kiểm soát bằng việc pha loãng vào khí quyển nhờ phát tán

Hình 3.1: Ống khói các nhà máy vươn cao trên bầu trời

Phương pháp tốt nhất để hạn chế ô nhiễm không khí là ngăn chặn ngay từ nguồnphát thải ra Tuy nhiên, sử dụng ống khói cũng là một biện pháp làm giảm nồng độ ônhiễm không khí tại lớp sát mặt đất, bằng cách phát tán và pha loãng chúng bằng chiềucao và đường kính ống khói hợp lý Biện pháp này ở một vài mức độ nào đó cũng cóthể cho phép giữ được cho chất lượng không khí như mong muốn Bầu khí quyển cókhả năng rất lớn trong việc phát tán, pha loãng và làm thay đổi tính chất của phần lớncác vật chất trong khí quyển mà con người không thể làm được

Tác động trực tiếp của các ống khói cao là làm cho nồng độ các chất ô nhiễm ở cácngôi nhà cao lân cận giảm nhẹ, khi chúng nằm trong khoảng cách từ 0 - 2,5H chiềucao ống khói Sự lan tỏa của khói vào trong khí quyển phụ thuộc vào các yếu tố vềnguồn thải, các yếu tố về khí tượng thuỷ văn văn và các yếu tố về nguồn

Việc quy hoạch một khu dân cư, khu công nghiệp hay đô thị có liên quan chặt chẽđến các nguồn thải cao nhằm ngăn chặn khả năng lan tỏa chất ô nhiễm ở mức độ nguyhại sang vùng lân cận Việc quy hoạch cũng yêu cầu phải xác định vị trí các nhà máy,

cụ thể là lựa chọn vị trí ống khói sao cho tác động tới các vùng lân cận là nhỏ nhất.Việc nghiên cứu khí hậu học giúp cho việc khoanh vùng không khí quy hoạch cho khudân cư, bảo đảm cho các khu dân cư một vành đai an toàn Số liệu khí hậu cho phép dự

đoán được những sự thay đổi của thời tiết, từ đó ta có biện pháp thích hợp để ngănchặn sự phát tán khí thải khí vào trong khí quyển dựa trên những báo cáo hàng ngày vềkhí hậu.

3.2 Các biện pháp kiểm soát (xử lý và giảm thiểu nguồn ô nhiễm công nghiệp)

Rất nhiều chất ô nhiễm môi trường không khí do sản xuất công nghiệp đốt nhiênliệu than, dầu, khí gây ra, nhất là công nghiệp năng lượng.Vì vậy để bảo vệ chất lượngmôi trường không khí trước hết phải quan tâm đến xử lý và giảm thiểu nguồn thải ônhiễm công nghiệp Kiểm soát nguồn thải ô nhiễm công nghiệp thông thường bằng 2

hệ thống biện pháp cơ bản là: giảm thiểu tiêu dùng nhiên liệu và sau đó là giảm thiểuchất thải khi đốt nhiên liệu

Có hai cách tiếp cận với biện pháp giảm thiểu tiêu dùng nhiên liệu

Tăng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu trong công nghiệp năng lượng cũng nhưcông nghiệp có sử dụng nhiên liệu (Ví dụ như các nhà máy nhiệt điện cũ đạt hệ số hiệusuất sử dụng nhiên liệu khoảng 0.33, các nhà máy nhiệt điện mới hiện nay do cải tiếncông nghệ nên đã đạt hệ số hiệu suất nhiện liệu trên 0.4 tức là đã giảm lượng thải ônhiễm = (0.4-0.33)/0.33 x 100% =21%)

Giảm tiêu hao năng lượng, do đó giảm sản xuất năng lượng, giảm lượng đốt nhiênliện và kết quả là giảm nguồn thải (Ví dụ như tăng cường cách nhiệt cho nhà, giảm tổnthất năng lượng, cải thiện và nâng cao hiệu suất hệ thống chiếu sáng dân dụng vàđường phố, nâng cao hiệu suất các động cơ, giảm nhu cầu sử dụng năng lượng của xãhội)

Tăng cường sử dụng tài nguyên năng lượng sạch, như năng lượng Mặt trời, nănglượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt và nguồn năng lượng nguyên tử,…để giảm sản xuấtnhiệt điện bằng nhiên liệu than, dầu

Có ba cách xử lý, giảm thiểu chất thải công nghiệp

 Dùng nhiên liệu có ít chất ô nhiễm hoặc giảm bớt hàm lượng chất ô nhiễmtrong nhiên liệu trước khi đốt Ví dụ giảm hàm lượng lưu huỳnh (S) trongthan, dùng dầu nhẹ thay dầu nặng, thay nhiên liệu cũ bằng nhiên liệu mớinhư ethanol, methanol, khí tự nhiên…

 Cải tiến quá trình đốt nhiên liệu để giảm thiểu chất thải Ví dụ như cải tiến lòghi đốt nhiên liệu khô bằng lò ghi đốt nhiện liệu ướt nhiều tầng để vừa giảmkhí thải SO2 và NOx, hay là dùng tuabin gas thay cho tuabin xăng dầu…

 Sử dụng các thiết bị lọc bụi, thiết bị hấp thụ hay hấp phụ khi thải độc haitrước khi thải ra ống khói

Biện pháp cải tiến công nghệ sản xuất

Biện pháp công nghệ cần được coi là biện pháp cơ bản, bởi vì nó cho phép đạthiệu suất cao nhất để hạ thấp và đôi khi loại trừ chất thải độc hại thải ra môi trường

Nội dung biện pháp này là: hiện đại hoá công nghệ sản xuất và làm kín dây chuyền vàthiết bị sản xuất.

Biện pháp làm kín quá trình công nghệ có tác dụng loại trừ việc thải vào môitrường không khí các khí độc hại thải ngay trong quá trình sản xuất, nhất là ở giai đoạnvận chuyển bằng đường ống, băng tải và giai đoạn sản xuất trung gian Tất cả các khícần được thu gom tập trung xử lý và thải ra ngoài Hiện nay thường phát triển phươngpháp sản xuất tuần hoàn từng phần, tức là tái sử dụng (sử dụng lần thứ 2) các hơi khíthải ra, như là ở các nhà máy nhiệt điện và các động cơ đốt trong, khi nhiện liệu bị đốtcháy có thể sử dụng khả năng tạo thành khí axit nitric

Tiến tới việc sử dụng công nghiệp sản xuất theo nguyên tắc công nghệ “không cóchất thải” Trong phương án này các khí thải ra được sử dụng như là các nguyên liệu

có giá trị trong sản xuất công nghiệp tiếp theo Bằng biện pháp khí hoá các nhiên liệulỏng có lưu huỳnh cao để thu được khí dùng cho mục đích sản xuất năng lượng và lưuhuỳnh, cũng như các sản phẩm khác Tổ chức sản xuất công nghiệp theo nguyên tắccông nghệ không có khí thải đáp ứng đồng thời yêu cầu sử dụng hợp lý tài nguyênthiên nhiên và bảo vệ môi trường Nhưng để chuyển tất cả công nghiệp hiện nay sangcông nghiệp bảo đảm không có chất thải cần có một thời gian dài, không những đốivới nước ta mà còn là đối với tất cả các nước

Biện pháp công nghệ chống ô nhiễm môi trường còn bao gồm cả biện pháp thaythế chất độc hại dùng trong sản xuất bằng không khí độc hại hoặc ít độc hại hơn, làmsạch chât độc hại trong nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất, ví dụ như là tách lưuhuỳnh từ nhiên liệu than, dầu, đưa vào sản xuất, ví dụ như là tách lưu huỳnh từ than,dầu, thay phương pháp gia công khô các vật liệu nhiều bụi bằng phương pháp ướt,thay nung ngọn lửa bằng nung điện, thay quá trình sản xuất gián đoạn bằng quá trìnhsản xuất liện tục

Các biện pháp kể trên, đương nhiên không thể bào hàm hết tất cả mọi khả năng sửdụng công nghệ hợp lý với mục đích hạ thấp hay loại trừ chất độc hại thải ra môitrường, càng không thể kể hết các giải pháp thực tế sáng tạo của các nhà kỹ thuật vệsinh, các nhà công nghệ, các kỹ sư trong lĩnh vực này

Độ kính của thiết bị và máy móc là điều kiện cần thiết của sản xuất hiện đại Hiệnnay đã xuất hiện nhu cầu các quy phạm nghiêm khắc về độ kính đối với mỗi loại thiết

bị công nghiệp hoá lọc Sự hư hại về độ kín của thiết bị không khí không bảo đảm tiêuchuẩn thiết bị mà còn không tránh được hiểm hoạ xảy ra trong quá trình sử dụng.Những nhà máy chế tạo thiết bị cần kiểm tra nghiêm ngặt độ kín của thiết bị và chỉ rõmức độ kín trong lý lịch thiết bị Mức độ kín được xác định bằng thử nghiệm thiết bịtheo áp lưc và thời gian quy định

Những yêu cầu vệ sinh môi trường đối với các thiết bị sản xuất để ngoài trời cũnggiống như các thiết bị để trong nhà Các máy móc cũng phải đạt yêu cầu hoạt động liêntục và kín.

Thiết bị kín là các thiết bị và máy móc không có vòng nối, nắp đậy có nguy cơ rò

rỉ Nếu như có chỗ nào lọt ra chất độc hại thì cần trang bị các thiết bị hút thải đưachúng đến camera làm sạch

Khi vận chuyển bất cứ nguyên liệu nào đều phải có biện pháp tương ứng để tráchlàm ô nhiễm đất, không khí đô thị và khu vực nhà máy Để vận chuyển các chấtnguyên liệu lỏng và khí nén thì phải dùng các xitec chuyên dụng Phải hết sức hạn chếvận chuyển đựng bằng chai lọ

Không khí được phát ra từ xitec khi đổ rót các chất có bay hơi (như clo hay xăngdầu) cần phải dùng biện pháp hoá học để hấp phụ các khí bay hơi này

Những vật liệu bột cần phải bảo quản trong kho kín và công trình chuyên dụngnhư silô, bunke,…

3.3 Các phương pháp giảm thiểu khí độc hại trong khí thải

3.3.1 Phương pháp hấp thụ

3.3.1.1 Nguyên lý

Nguyên tắc cơ bản của việc hấp thụ khí là tạo ra một sự tiếp xúc giữa dòng khíchứa các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ thường được phun ra với kíchthước nhỏ và mật độ lớn Các chất ô nhiễm được tách ra bằng việc hoà tan trong chấtlỏng hấp thụ hoặc xảy ra phản ứng hoá học giữa chất ô nhiễm và dung dịch hấp thụ.Trong kỹ thuật hấp thu, dòng khí thường được cho đi ngược chiều với các hạt dungdịch hấp thụ với tốc độ hợp lý, thông thường người ta thường chọn vận tốc này trongkhoảng 1,0 – 2,5m/s

Hiệu quả của các quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dòng khí

và các hạt dung dịch hấp thụ, thời gian tiếp xúc, dung dịch hấp thụ, nhiệt độ khí thải,hướng chuyển động tương đối của dịng khí và dung môi, tốc độ của dòng khí…

Bảng 3.1: Các khí độc cần khử và các chất hấp thụ tương ứng

Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí thải và được ứng dụng rất nhiều trongcác công nghệ khác Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối, nghĩa là có sựvận chuyển từ pha này sang pha khác Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữachất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí, phương pháp hấp thụ chia làm hai loại:hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học Hấp thụ vật lý dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha

khí trong pha lỏng Còn hấp thụ hóa học, giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ hoặc cấu

tử trong pha lỏng xảy ra phản ứng hóa học

Cơ cấu của quá trình hấp thụ khí bằng chất lỏng được chia làm 3 bước:

1 - Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặtcủa chất lỏng hấp thụ

2 - Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

3- Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khốichất lỏng hấp thụ

Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, nước là loại chất hấp thụsẵn có, giá rẻ và thuận tiện nhất Tuy nhiên, nước chỉ hấp thụ được một số ít loại khíđộc hại, hơn nữa mức độ hấp thu vật lý của nước cũng bị hạn chế Trong nhiều trườnghợp người ta phải áp dụng phương pháp hấp thụ hóa học bằng các lại dung dịch hóahọc khác nhau tùy theo chất độc hại cần khử, cụ thể được trình bày trong bảng 3.1

3.3.1.2 Nguyên tắc hấp thụ một số chất trong khí thải

xử lý khí SO2 bằng nước bao gồm hai giai đoạn:

1- Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải qualớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có chứa nước

2- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch.Quá trình hấp thụ SO2 bằng nước diễn ra theo phản ứng sau:

SO2 + H2O  H+ + HSO3Mức độ hòa tan của nước giảm khi nhiệt độ của nước tăng cao, do đó nhiệt độnước cấp vào hệ thống hấp thụ phải đủ thấp Còn giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt

độ phải cao Cụ thể là ở nhiệt độ 1000C thì SO2 thoát ra khỏi nước hoàn toàn và trongkhông khí thoát ra có lẫn cả hơi nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thuđược khí SO2 với độ đậm đặc gần 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric.Bảng 3.2 là lượng nước lý thuyết cần để hấp thụ 1 tấn khí SO2 trong khí thải cho đếngiới hạn bão hòa ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu khác nhau của SO2 trong khíthải

Bảng 3.2: Lượng nước lý thuyết tính bằng m3 cần để hấp thụ 1 tấn SO2

Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì sau khi rakhỏi

thiết bị hấp thụ không thể đạt mức bão hòa khí SO2 Để giải hấp thụ cần phải đun nóngmột lượng nước rất lớn, tức phải có nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn Ngoài

ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội xuống gần 10oC, tức phảicần đến nguồn cấp lạnh Do đó việc tái sử dụng nước và khí SO2 sau quá trình hấp thụkhông đơn giản và khá tốn kém

Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp hấp thụ khí bằng SO2 bằng nước chỉáp

dụng khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao;

- Có sẵn nguồn cung cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ;

- Có sẵn nguồn nước lạnh;

- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi

Trường hợp khí thải giàu SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại củacông nghiệp luyện kim màu, nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 - 12% người ta cóthể xử lý khí SO2 bằng nước kết hợp với quá trình oxi hóa SO2 bằng xúc tác

 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO)

Ưu điểm của phương pháp này là: quy trình công nghệ đơn giản, chi phí vận hànhthấp, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn mọi nơi, hiệu quả xử lý cao, có khả năng xử lý màkhông cần làm nguội và xử lý bụi sơ bộ

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2CaO + SO2 = CaSO32CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Nguyên liệu vôi được sử dụng mộtcách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làmchất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung Lượng

đá vôi (CaCO3) cần xử lý SO2 trong khối do đốt cháy 1 tấn than đá được xác định theocông thức:

Trong đó

 Sp - thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu tính theo phần trăm khối lượng(số phần trăm)

 S, CaCO3 - phân tử gam của lưu huỳnh và canxi cacbonat

 β - hệ số khử SO2 trong khói thải - tức mức độ cần thiết phải khử SO2 trongkhói thải để đạt giới hạn phát thải cho phép (số thập phân)

 K- tỷ lệ CaCO3 nguyên chất trong đá vôi (thường K = 0,8 - 0,9)

Nếu dùng vôi nung (CaO) thì trong công thức trên phân tử gam của CaCO3 đượcthay thế bằng CaO Dùng đá vôi làm nguyên liệu hấp thụ thì rẻ tiền hơn nhưng hiệuquả khử SO2 thì kém hơn so với dùng vôi nung

 Xử lý khí SO2 bằng amoniac

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muốitrung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sinfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O đểtạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3Lượng bisunfit tích tụ dần dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cáchnung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2 Amoni sunfit này

có thể sử dụng tiếp để khử SO2

Ngoài ra trong dung dịch có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và amoni bisunfit thànhamoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau:

2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2OLưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên tác dụng với amoni sunfit tạothành thiosunfat:

(NH4)2SO3 + S = (NH4)S2O3Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh đơn chấtnhiều hơn gấp hai lần:

(NH4)S2O3 + 2NH4HSO3 = 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O