Kiểm soát ô nhiễm không khí ( PGS-TS nguyễn đình tuấn, th.s nguyễn thanh hùng)

15 1.2.3.2 Xác định nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp dạng ống khói, ống thải khí và cửa mái thông gió nhà công nghiệp gây ra.. Đối với các khu công nghiệp việc bố trí các nguồn gây ô nh

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

PGS.TS NGUYỄN ĐINH TUẤN (Chủ biên)

Th S NGUYỄN THANH HÙNG

KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Ô nhiễm không khí là một vấn đề môi trường nóng bỏng tại hầu hết các đô thị trên thế giới hiện nay Việt nam là một nước đang phát triển với tốc độ “nóng”, vì vậy các vấn

đề môi trường, trong đó có môi trường không khí đang trở nên bức xúc Khí thải từ các hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ và sinh hoạt của con người đã xuất hiện hoặc gia tăng nồng độ các chất độc hại có trong môi trường không khí làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người, động, thực vật, góp phần làm hư hại tài sản trên bình diện toàn cầu, khí thải từ các hoạt động nói trên còn gây nên những vấn đề lớn trên bình diện toàn cầu như mưa axit, sự suy giảm tầng ôzôn, sự nóng lên của trái đất Vì vậy việc kiểm soát ô nhiễm không khí là vô cùng cần thiết và cấp bách

Giáo trình kiểm soát ô nhiễm không khí được biện soạn nhằm mục đích phục vụ cho đối tượng chính là sinh viên đại học, sinh viên cao học các ngành khoa học môi trường, quản lý môi trường và công nghệ môi trường Sinh viên các chuyên ngành khác

và các cán bộ khoa học kỹ thuật cũng có thể sử dụng giáo trình này như một tài liệu tham khảo phục vụ công tác nghiên cứu hoặc thiết kế các công trình xử lý khí thải Giáo trình trình bày một cách khá đầy đủ các nội dung liên quan đến kiểm soát ô nhiễm không khí như ngăn ngừa ô nhiễm từ nguồn phát sinh, hệ thống thu gom và vận chuyển khí thải, các

kỹ thuật và thiết bị xử lý khí thải

Để thực hiện giáo trình này tác giả đã nhận được sự trợ giúp một phần kinh phí từ

Dự án “Tăng cường năng lực đào tạo và nghiên cứu khoa học cho Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh” do SDC tài trợ Tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ về mặt kỹ thuật trong việc chuẩn bị bản thảo từ Th.S Nguyễn Thị Thục Thùy, KS Nguyễn Viết Vũ, KS Giang Hữu Tài, KS Châu Ngọc Cẩm Vân Nhân dịp sách được xuất bản tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các tổ chức, cá nhân đã có những đóng góp cho việc ra đời của giáo trình này

Tuy đã có nhiều năm hoạt động đào tạo và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực ô nhiễm không khí nhưng kiến thức có hạn cho nên giáo trình này không tránh khỏi nhưng thiếu sót và hạn chế Tác giả mong muốn nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để có thể hoàn thiện hơn cho những lần tái bản sau này

Thay mặt các tác giả

PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn

CHƯƠNG 1 0

CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 0

1.1 BIỆNPHÁPKIỂMSOÁTTẠINGUỒN 0

1.1.1 Biện pháp dùng công nghệ sạch 0

1.1.2 Bố trí nguồn 1

1.1.3 Cách ly nguồn 3

1.2 BIỆNPHÁPPHÁTTÁNPHALOÃNG 3

1.2.1 Khái niệm về sự phát thải 3

1.2.2 Mô hình phát thải cho nguồn thải cao (Mô hình chùm khói Gaussian) 6

1.2.2.1 Nguyên tắc cơ bản 6

1.2.2.2 Phương trình cơ bản của mô hình chùm khói Gaussian 7

1.2.2.3 Các giả thiết trong GPM 8

1.2.2.4 Các thông số phát tán 9

1.2.2.5 Tốc độ gió 11

1.2.2.6 Nồng độ ở mặt đất 12

1.2.2.7 Cột khói và nền 12

1.2.3 Mô hình phát tán cho nguồn thải thấp 15

1.2.3.1 Khái niệm về nguồn thải thấp 15

1.2.3.2 Xác định nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp dạng ống khói, ống thải khí và cửa mái thông gió nhà công nghiệp gây ra 16

1.2.3.3 Nguồn đường 24

1.2.3.4 Nguồn mặt 28

CHƯƠNG 2 32

THÔNG GIÓ VÀ VẬN CHUYỂN KHÔNG KHÍ 32

2.1 NHỮNGKHÁINIỆMCƠBẢN 32

2.2 PHÂNLOẠI 32

2.2.1 Hệ thống thông gió cấp 33

2.2.2 Hệ thống thông gió thải 33

2.2.2.1 Sự chênh lệch nhiệt độ không khí bên trong và bên ngoài nhà (do có nhiệt thừa Qth) 35

2.2.2.2 Tác động của gió qua nhà 35

2.2.2.3 Tác động đồng thời của nhiệt thừa Qth và gió 35

2.3 TÍNHTOÁNLƯULƯỢNGTHÔNGGIÓ 36

2.3.1 Tính toán lưu lượng thông gió chung 36

2.3.1.1 Lưu lượng thông gió khử nhiệt thừa 36

2.3.1.2 Lưu lượng thông gió khử hơi nước thừa 37

2.3.1.3 Lưu lượng thông gió cho nhà dân dụng 37

2.3.1.4 Lưu lượng thông gió khử ô nhiễm 38

2.3.2 Tính toán lưu lượng thông gió cục bộ 42

2.3.2.1 Chụp hút 42

2.3.2.2 Miệng hút trên thành bể 43

2.4 TÍNHTOÁNHỆTHỐNGỐNGDẪNKHÔNGKHÍ 44

2.4.1 Ống dẫn không khí 44

2.4.2.3 Các phương pháp tính toán tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn không

khí 49

2.4.2.4 Trình tự tính toán 49

CHƯƠNG 3 53

KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI 53

3.1 NHỮNGKHÁINIỆMCƠBẢN 53

3.1.1 Bụi và các đặc tính của bụi 53

3.1.2 Thiết bị xử lý bụi và đặc tính của thiết bị 55

3.2 THIẾTBỊTHUBỤITHEONGUYÊNLÝTRỌNGLỰCVÀQUÁNTÍNH 56

3.2.1 Khái niệm cơ bản : 56

3.2.2 Buồng lắng bụi 56

3.2.3 Thiết bị thu bụi kiểu tấm chớp 58

3.2.4 Xyclon 58

3.2.4.1 Xyclon đơn 59

3.2.4.2 Xyclon tổ hợp 61

3.3 THIẾTBỊLỌCBỤI 62

3.3.1 Khái niệm cơ bản 62

3.3.2 Thiết bị lọc bụi túi vải 63

3.3.3 Lưới lọc bụi 65

3.3.4 Lưới lọc thùng quay 66

3.3.5 Lưới lọc bụi bằng giấy 66

3.3.5 Thiết bị lọc dạng xơ sợi 67

3.4 THIẾTBỊTHUBỤITHEOPHƯƠNGPHÁPƯỚT 67

3.4.1 Khái niệm cơ bản 67

3.4.2 Buồng rửa khí 68

3.4.3 Tháp rửa khí 68

3.4.4 Xyclon ướt 69

3.4.5 Thiết bị sủi bọt 70

3.4.6 Thiết bị thu bụi tẩm dầu 71

3.4.7 Thiết bị thu gom bụi dùng venturi 72

3.5 THIẾTBỊTHUGOMBỤIBẰNGĐIỆN 73

3.6 LỰACHỌNTHIẾTBỊTHUBỤI 76

CHƯƠNG 4 77

XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 77

4.1 GIỚITHIỆU 77

4.2. CƠSỞLÝTHUYẾTCỦASỰHẤPTHỤ 79

4.2.1 Cân bằng pha trong hệ khí - lỏng 79

4.2.2 Quy luật động học 80

4.3 PHÂNLOẠITHIẾTBỊ 87

4.3.1 Tháp đệm 87

4.3.2 Tháp mâm (Plate Tower) 91

4.3.3 Các buồng phun (Spray Chambers) 93

4.3.4 Thiết bị lọc khí Venturi (Venturi Scrubber) 94

4.3.5 Thiết bị lọc khi dạng phun tia (Jet Scubber) 94

4.2.6 Các thiết bị rửa ướt 95

4.4 NHỮNGKHÁINIỆMTHIẾTKẾCHUNG 96

4.4.2 Số mâm của tháp 100

4.4.3 Lựa chọn thiết bị 100

4.4.4 Lựa chọn dung môi hấp thụ 100

4.4.5 Các số liệu về sự cân bằng của hệ lỏng - khí 101

4.4.6 Tỉ lệ pha lỏng / pha khí 101

4.4.7 Đường kính tháp và độ giảm áp 101

4.5 ỨNGDỤNGQUÁTRÌNHHẤPTHỤĐỂXỬLÝKHÍTHẢITẠINGUỒN 105

4.5.1 Làm sạch khí khỏi SO2 105

4.5.2 Làm sạch khí thải khỏi H2S, CS2 và mercaptan 118

4.5.3 Tách oxyt nitơ từ khí thải 122

4.5.4 Làm sạch khí thải khỏi các halogen và hợp chất 127

4.5.5 Tách khí CO từ khí thải 134

4.6 GIẢIHẤPĐỂTHUHỒICÁCKHÍĐÃBỊHẤPTHỤ 141

CHƯƠNG 5 143

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 143

5.1 GIỚITHIỆU 143

5.2 NGUYÊNLÝCHUNG 144

5.3 LÝTHUYẾTCƠBẢNCỦAHẤPPHỤ 146

5.3.1 Sự cân bằng khi hấp phụ 150

5.3.2 Qui luật động học của quá trình hấp phụ: 153

5.3.3 Giải hấp 161

5.4 CHẤTHẤPPHỤ 162

5.4.1 Các tính chất 162

5.5 THIẾTBỊVÀCÁCKIỂUHỆTHỐNG 166

5.5.1 Thiết bị 166

5.5.2 Các kiểu hệ thống hấp phụ 168

5.5.3 Thu hồi chất hấp phụ và bỏ chất bị hấp phụ 172

5.6 NHỮNGÁPDỤNGĐỂKIỂMSOÁTNGUỒNÔNHIỄMKHÔNGKHÍ 172

5.6.1 Ảnh hưởng của các biến số quá trình 172

5.6.2 Các quá trình đặc trưng 174

CHƯƠNG 6 190

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT VÀ XÖC TÁC 190

6.1 GIỚITHIỆU 190

6.2 NGUYÊNLÝQUÁTRÌNHĐỐT 190

6.3 LÒĐỐTBỔSUNG 192

6.3.1 Lò đốt bổ sung dùng nhiệt 192

6.3.2 Lò đốt bổ sung có xúc tác : 193

6.3.3 Thu hồi nhiệt 194

6.4 LÒNUNG 196

6.5 LÒLỬA 196

6.6 XỬLÝKHÍTHẢIBẰNGCÁCPHƯƠNGPHÁPXÚCTÁC 197

6.7 QUYLUẬTĐỘNGHỌCCÁCPHẢNỨNGXÚCTÁCDỊTHỂ 199

6.8 TÁCHOXYTNITƠBẰNGCHẤTXÚCTÁCRẮN 205

6.8.1 Khử ở nhiệt độ cao có xúc tác 205

6.9 TÁCHKHÍSO2BẰNGPHẢNỨNGCÓXÚCTÁC 209

6.10 PHƯƠNGPHÁPTIẾPTỤCXỬLÝKHÓI 210

6.11 TÁCHCÁCCHẤTHỮUCƠBẰNGPHẢNỨNGCÓXÚCTÁC 210

6.12 XỬLÝCOBẰNGPHƯƠNGPHÁPXÚCTÁC 211

6.13 XỬLÝKHÍTHẢIBẰNGNHIỆTĐỘCAO 212

CHƯƠNG 7 214

KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ NGUỒN DI ĐỘNG 214

7.1 PHÂNLOẠINGUỒNDIĐỘNG 214

7.2 KIỂMSOÁTÔNHIỄMKHÔNGKHÍTỪÔTÔ 215

7.2.1 Kỹ thuật kiểm soát sự thải 215

7.2.2 Kiểm soát sự bay hơi của nhiên liệu 216

7.2.3 Kiểm soát khí thải của các loại ô tô thông dụng 216

7.2.3.1 Công tác giám sát môi trường không khí 217

7.2.3.2 Kiểm tra khói thải của xe 217

7.2.3.3 Biện pháp sử dụng nhiên liệu sạch 218

7.2.3.4 Hạn chế sự bay hơi của nhiên liệu 218

7.2.3.5 Biện pháp kỹ thuật để tăng cường sự cháy 218

7.2.3.6 Các biện pháp hỗ trợ khác 218

CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống tọa độ của mô hình chùm khói Gaussian và phân bố nồng độ trong

chùm khói 6

Hình 1.2: Sự “phản xạ” của chùm khói ở mặt đất được giả thiết cho nguồn ảo ở chiều cao hiệu dụng He âm 8

Hình 1.3: Hàm tốc độ gió theo chiều cao (ứng với độ ổn định khí quyển) khác nhau 11

Hình 1.4: Chiều cao hiệu dụng của ống khói (He) 13

Hình 1.5: Sự hạ khói đầu ống thải vì tốc độ xả quá nhỏ 15

Hình 1.6: Biểu đồ xác định hệ số k phụ thuộc vào độ cao tương đối H của nguồn thải Độ cao tương đối H của nguồn thải được xác định theo chú thích 1 đã ghi trên đây 22

Hình 1.7: Biểu đồ xác định các hệ số S, S1, S2, S3 và S4 22

Hình 1.8: Biểu đồ xác định hệ số m phụ thuộc vào thông số b 23

Hình 1.9: Sơ đồ tính toán của nguồn đường 24

Hình 1.10: Sơ đồ chuyển động của khí khi gió thổi ngang qua đường phố 27

Hình 1.11: Đô thị hình chữ nhật và mô hình “hộp cố định” 30

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống thông gió cấp 33

Hình 2.2: Hệ thống thông gió thải 34

Hình 2.3: Hệ thống thông gió cấp và thải 35

Hình 2.4: Thông gió tự nhiên do chênh lệch nhiệt độ 35

Hình 2.5: Thông gió tự nhiên do tác dụng của gió 35

Hình 2.6: Thông gió tự nhiên dưới tác dụng của gió và nhiệt thừa 36

Hình 2.7: Chụp hút trên nguồn ô nhiễm 42

Hình 2.8: Chụp hút trên sàn hoặc băng chuyền 43

Hình 2.9: Nguồn tự do trước mặt miệng hút 43

Hình 2.10: Miệng hút trên thành bể 44

Hình 2.11: Các loại ống dẫn không khí 45

Hình 2.12: Ống dẫn không khí trong nhà công nghiệp 45

Hình 2.13: Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất (n) đối với ống có độ nhám k=0,1mm 48

Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi 56

Hình 3.2: Giới thiệu một số buồng lắng bụi 58

Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của xyclon 59

Hình 3.4: Hai dạng xyclon đơn 59

Hình 3.5: Xyclon tổ hợp 61

Hình 3.6: Thiết bị lọc bụi túi vải 63

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý lắp đặt lưới lọc 65

Hình 3.8: Cấu tạo lưới lọc thùng quay 66

Hình 3.9: Cấu tạo thiết bị lọc bụi bằng giấy 67

Hình 3.10: Buồng rửa khí 68

Hình 3.11: Tháp lọc rửa khí 69

Hình 3.12: Xyclon ướt 70

Hình 3.13: Thiết bị sủi bọt 71

Hình 3.14: Thiết bị thu bụi tẩm dầu 71

Hình 3.15: Thiết bị thu bụi dùng ventury 72

Hình 3.16: Sơ đồ cấp nước vào ventury 73

Hình 3.19: Một số dạng tấm thu bụi 74

Hình 3.20: Cách thức phân phối dòng khí 75

Hình 3.21: Thiết bị thu gom bằng điện hai vùng 75

Hình 4.1: Cấu tạo của một tháp đệm điển hình 88

Hình 4.2: Một số dạng vật liệu đệm điển hình 88

Hình 4.3: Độ giảm áp pha khí qua lớp vật liệu đệm khô 90

Hình 4.4: Tương quan giữa độ giảm áp pha khí đối với các vật liệu đệm thông dụng 90

Hình 4.5: Hai dạng mâm thông dụng 91

Hình 4.6: Sơ đồ hoạt động của tháp mâm chóp 92

Hình 4.7: Một dạng buồng phun điển hình 94

Hình 4.8: Thiết bị lọc khí kiểu Venturi 94

Hình 4.9: Thiết bị lọc khí dạng phun tia 95

Hình 4.10: Thiết bị hấp thụ khí 4 bậc 95

Hình 4.11: Độ giảm áp theo tốc độ bề mặt đối với một số bậc hấp thụ 96

Hình 4.12: Đồ thị nồng độ điển hình 97

Hình 4.13: Làm khô không khí bằng H2SO4 97

Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý của tháp hấp thụ 97

Hình 4.15: Qui trình xử lý và thu hồi các khí có tính công nghệ cao 142

Hình 7.1: Sơ đồ kiểm soát khí thải từ động cơ 217

CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Sơ đồ chung loại độ ổn định Pasquill 9

Bảng 1.2: Giá trị các hằng số a, b, c, d 10

Bảng 1.3: Công thức tính toán nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp gây ra 17

Bảng 1.4: Hệ số B‟ theo công thức (49) 26

Bảng 1.5: Hệ số thực nghiệm trong công thức (55) 29

Bảng 2.1: Hệ số ô nhiễm của nhà máy chế biến thịt (g/tấn sản phẩm) 38

Bảng 2.2: Hệ số ô nhiễm của nhà máy xay bột mì (g/tấn nguyên liệu) 39

Bảng 2.3: Hệ số ô nhiễm của công đoạn hàn điện sắt thép (mg/ một que hàn) 39

Bảng 2.4: Hệ số ô nhiễm của công đoạn hàn hoặc cắt kim loại bằng hơi (g / Fe 2 O 3 / lít oxy) 39

Bảng 2.5: Hệ số ô nhiễm của nhà máy sản xuất tôn tráng kẽm(g/ tấn SP) 39

Bảng 2.6: Hệ số ô nhiễm của nhà máy gốm sứ (g / tấn vật nung) 40

Bảng 2.7: Hệ số ô nhiễm của nhà máy gạch (g / tấn gạch nung) 40

Bảng 2.8: Hệ số ô nhiễm của nhà máy chế biến gỗ (kg / tấn NL) 40

Bảng 2.9: Hệ số phát thải khí trung bình của các quá trình đốt cháy trong một số ngành kinh tế 40

Bảng 2.10: Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất khi nhiệt độ thay đổi 48

Bảng 2.11: Vận tốc không khí trong ống dẫn đối với hệ thống TG và ĐHKK (m/s) 50

Bảng 2.12: Vận tốc không khí trong ống dẫn đối với hệ thống hút bụi 50

Bảng 3.1: Vận tốc lắng của hạt bụi 54

Bảng 3.2: Vận tốc cực đại cho phép trong dòng khí 57

Bảng 3.3: Hiệu quả làm sạch bụi của buồng lắng bụi nhiều ngăn ứng với các kích thước hạt khác nhau 57

Bảng 3.4: Hướng dẫn lựa chọn thiết bị thu bụi 76

Bảng 4.1: Độ hòa tan một số khí trong nước 80

Bảng 4.2: Độ hòa tan của một số khí trong nước ở áp sưất thường 81

Bảng 4.3: Một vài ví dụ về hệ thống hấp thụ trong kiểm soát ô nhiễm không khí 102

Bảng 4.4: Đặc tính sinh SO2 của một số loại than đá 110

Bảng 4.5: Đặc tính của các chất hấp thụ H2S 117

Bảng 4.6: Thành phần khí chứa flor trong sản xuất phân lân 127

Bảng 4.7: Thành phần dung dịch amoniac - đồng 134

Bảng 4.8: Lượng tối thiểu N2 lỏng (m3) để làm sạch 150 m3 khí thải chứa 6% khí CO 136 Bảng 4.9: Hệ số Henry (H) theo nhiệt độ 137

Bảng 4.10: Hằng số cân bằng K 137

Bảng 4.11: Tỉ lệ tương ứng nồng độ của CO2, K2CO3 và KHCO3 138

Bảng 4.12: Độ hòa tan của một số muối của K và Na (g/100g dung dịch trong nước) 138

Bảng 4.13: Độ hấp thụ khí CO2 và MEA (mol CO2 / mol MEA) 139

Bảng 4.14: Độ hòa tan của Na2CO3 và Ca(HCO3) 141

Bảng 5.1: Diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp của các chất hấp phụ 162

Bảng 5.2: Các thông số kỹ thuật điển hình của than hoạt tính dùng để lọc khí 164

Bảng 5.3: Tẩm chất hấp phụ 166

Bảng 5.4 Các quá trình thải ra các khí có mùi có thể hấp phụ được 175

Bảng 5.5: Các giai đoạn trong quá trình Reinluft 176

- Biện pháp kiểm soát tại nguồn

- Biện pháp phát tán pha loãng vào khí quyển

- Biện pháp xử lý trước khi thải ra môi trường

Chương này trình bày những vấn đề liên quan đến hai biện pháp đầu, riêng biện pháp

xử lý sẽ được trình bày chi tiết trong các chương sau

1.1 BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT TẠI NGUỒN

1.1.1 Biện pháp dùng công nghệ sạch

Đây là biện pháp tích cực nhất để hạn chế ô nhiễm không khí, sử dụng sản xuất sạch đồng thời vừa tiết kiệm được nguyên, nhiên liệu vừa hạn chế được lượng chất thải thải ra môi trường

Nội dung của sản xuất sạch rất đa dạng, phong phú, được trình bày trong những giáo trình chuyên ngành Phần này chỉ trình bày một số nội dung chủ yếu, thiết thực nhất

+ Thay đổi nguyên liệu, nhiên liệu

Để giảm bớt mức độ ô nhiễm không khí, chúng ta có thể áp dụng biện pháp thay thế các nhiên liệu, nguyên liệu thải ra nhiều chất độc bằng các nguyên liệu, nhiên liệu thải ra

ít chất độc hơn Như việc thay thế dầu FO (chứa nhiều lưu huỳnh) bằng dầu DO (chứa ít lưu huỳnh), hay là thay thế than đá, dầu đốt bằng khí thiên nhiên sẽ giảm đáng kể lượng

SO2 và bụi chứa trong khí thải

Biện pháp này có nhược điểm là làm tăng giá thành sản phẩm nên phạm vi áp dụng không được rộng rãi

+ Thay đổi công nghệ

Nội dung của biện pháp này là sử dụng những công nghệ tiên tiến tiêu hao ít nguyên liệu, nhiên liệu và thải ra ít chất ô nhiễm không khí hơn Chẳng hạn trong công nghệ luyện thép: thay thế lò hồ quang bình thường bằng lò tăng cường oxy sẽ làm giảm hơi khói, CO2 và các hơi khí độc khác

+ Vận hành đúng qui trình kỹ thuật

Đây đúng là một biện pháp khống chế ô nhiễm không khí không đòi hỏi đầu tư trang

bị thêm thiết bị nhưng hiệu quả cao Nếu thiết bị được lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đúng qui định thì sẽ giảm đáng kể mức độ gây ô nhiễm không khí

1.1.2 Bố trí nguồn

Việc bố trí các nhà máy xí nghiệp có khả năng gây ô nhiễm không khí có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ gây ô nhiễm cho môi trường không khí bao quanh Để bố trí nguồn gây ô nhiễm, cần phải nghiên cứu các yếu tố khí tượng có tác động đến quá trình phát tán, vận chuyển không khí và việc bố trí qui hoạch dân cư cũng như các hoạt động thương mại trong vùng, để có những quyết định phù hợp

Việc bố trí nguồn lại càng có ý nghĩa khi tập trung một số lượng đáng kể các nhà máy

xí nghiệp trên một khu vực như khu công nghiệp hay đô thị

Đối với các khu công nghiệp việc bố trí các nguồn gây ô nhiễm nói chung phải dựa trên một số nguyên tắc như sau:

Các nhà máy có nguy cơ gây ô nhiễm: các nhà máy sử dụng nhiều nhiên liệu là

dầu FO, nhà máy sản xuất tôn tráng kẽm có nguy cơ gây ô nhiễm không khí, các nhà máy dệt nhuộm, xi mạ, chế biến lương thực, thực phẩm, hóa chất, dược phẩm, có nguy cơ gây ô nhiễm nước

Các nhà máy ít có nguy cơ gây ô nhiễm: các nhà máy cơ khí, nhựa, chất dẻo, chế

biến gỗ, các nhà máy lắp ráp các sản phẩm điện cơ, điện tử ít có nguy cơ gây ô nhiễm không khí, các nhà máy lắp ráp các sản phẩm điện tử, hàng tiêu dùng, ít

có nguy cơ gây ô nhiễm do nước thải

Các nhà máy gây ô nhiễm không đáng kể: các xí nghiệp dệt - sợi (không có

Các nhà thấp tầng bố trí đầu hướng gió, nhà cao tầng ở cuối hướng gió

Trong từng nhà máy cũng cần quan tâm tới việc bố trí các bộ phận cho hợp lý như

bố trí riêng biệt các khu sản xuất, khu phụ trợ, khu kho bãi, khu hành chính và có dãy cây xanh ngăn cách khu hành chính với các khu khác Các hệ thống ống thải khí của nhà máy cần tập trung vào một khu vực tạo thuận lợi cho việc giám sát, xử

lý

Khu vực bố trí trạm máy điện dự phòng, khu xử lý nước thải tập trung, xử lý rác thải là những nơi phát sinh khí thải độc hại, gây mùi, cần được đặt cuối hướng gió chủ đạo, có khoảng cách ly thích hợp

+ Vùng cách ly vệ sinh công nghiệp

Vùng cách ly vệ sinh công nghiệp là vùng đệm giữa khu công nghiệp với khu dân cư Kích thước của vùng cách ly công nghiệp được xác định theo khoảng cách bảo vệ về vệ sinh mà các tiêu chuẩn nhà nước cho phép Tiêu chuẩn tạm thời về môi trường của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường (nay là Bộ Khoa học Công nghệ) đã qui định khoảng cách tối thiểu cho các loại hình sản xuất bao gồm :

Tiêu chuẩn 17: Yêu cầu về khoảng cách bảo vệ vệ sinh đối với các thiết bị đốt

Lo : Chiều rộng vùng cách ly lấy theo mức độ độc hại của từng nhà máy, lấy theo các

tiêu chuẩn trên (m)

Po : Tần suất gió trung bình tính đều cho mọi hướng (%)

Các tiêu chuẩn về khoảng cách bảo vệ vệ sinh nói trên là lấy theo các qui phạm Liên

Xô trước đây Nếu thiết kế khu công nghiệp theo tiêu chuẩn đó thì sẽ chiếm rất nhiều diện tích xây dựng, không phù hợp với xu thế phát triển ngày nay Để thu hẹp khoảng cách vệ sinh, phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật, sử dụng các công nghệ xử lý chất thải, hạn chế sự phát tán chất ô nhiễm Khi đó khoảng cách bảo vệ vệ sinh sẽ được thu nhỏ lại, tăng hiệu quả sử dụng đất

+ Cách ly nguồn vĩnh viễn:

Cách ly nguồn vĩnh viễn hay đóng cửa nhà máy là biện pháp sử dụng khi không thể

áp dụng các biện pháp khác để khắc phục tình trạng ô nhiễm không khí Khi đó phải đóng cửa nhà máy hoặc di dời nhà máy tới khu vực đáp ứng được các yêu cầu về bảo vệ môi trường

1.2 BIỆN PHÁP PHÁT TÁN PHA LOÃNG

1.2.1 Khái niệm về sự phát thải

Các mô hình tính toán sự phát tán các chất ô nhiễm không khí là biểu diễn toán học của các quá trình lan truyền, khuếch tán các chất ô nhiễm kết hợp với số lượng và đặc trưng của các nguồn thải, các dữ liệu về thời tiết nhằm mục đích tính toán nồng độ các chất ô nhiễm Việc sử dụng mô hình tính toán có nhiều ưu điểm như sau:

- Rẻ hơn đo đạc

- Có thể tính kết quả cho nhiều phương án khác nhau và dễ dàng so sánh kết quả

- Có thể dùng để đánh giá sự tác động tương đối của một nguồn riêng biệt mà không

- Có khả năng dự báo tác động của một hoạt động nào đó lên môi trường không khí Các mô hình tính phát tán các chất ô nhiễm không khí thường được xây dựng theo những kích thước khác nhau của không gian và thời gian

Việc chia các quá trình trong khí quyển thành các qui mô không gian là tùy thuộc người thực hiện và không có quy tắc nhất định Các quá trình khí tượng ở phạm vi này có liên kết với các quá trình ở phạm vi khác Trong các vấn đề về chất lượng không khí, người ta thường xem xét các qui mô không gian sau (giới hạn giữa các qui mô không rõ ràng và có khi chồng chéo lên nhau):

a Qui mô toàn cầu (>2000km)

b Qui mô lục địa, trong các tài liệu của Mỹ qui mô lục địa được coi là qui mô vùng (500 - 2000km)

c Qui mô trung (10 - 500 km)

d Qui mô đô thị hay qui mô vùng (500m - 20 km)

e Qui mô địa phương hay qui mô nhỏ (0 - 1000m)

Qui mô toàn cầu

Các vấn đề như suy thoái ozon tầng bình lưu và hiệu ứng nhà kính xảy ra trên qui mô toàn cầu Điển hình ở qui mô này là hiện tượng tuần hoàn chung Tất cả các lớp khí quyển theo phương đứng đều tham gia vào vấn đề này Qui mô thời gian sử dụng trong

mô hình cho các hiện tượng ở qui mô này là mùa hay năm Các quá trình cụ thể như sự hình thành mây và mưa thường ít được xem xét hoặc hoàn toàn không tính đến

Qui mô lục địa

Một trong những vấn đề ở qui mô lục địa là mưa axit Sự lưu chuyển không khí ở qui

mô này là do sự chênh lệch áp suất ở qui mô lớn và chủ yếu liên quan đến tầng biên hành tinh, mặc dù vẫn có sự xáo trộn vào tầng đối lưu tự do Thời gian trong qui mô này thường là vài tháng đến một năm

Qui mô trung

Qui mô liên vùng, còn gọi là qui mô trung, là qui mô mà sự phát thải của đô thị hay khu công nghiệp qui mô lớn (như khu Rijnmond, khu Ruhr ở Đông Âu, vùng đông dân như Thượng Hải, Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh) giữ vai trò quan trọng Sự hình thành khói mùa hè (hay khói mù quang hóa) là một ví dụ tiêu biểu cho các quá trình ở qui mô này Mô hình các quá trình ở qui mô trung rất phức tạp vì không thể bỏ qua các quá trình qui mô lớn cũng như các quá trình qui mô nhỏ Kích thước thời gian ở qui mô này là vài giờ tới vài ngày

Qui mô đô thị hay vùng

Các vấn đề ở qui mô đô thị hay vùng chủ yếu là tác động của các khu công nghiệp cỡ trung lên các khu dân cư Ở góc độ rộng hơn, sự tương tác giữa các mục đích sử dụng đất (ví dụ vấn đề ô nhiễm môi trường do nông nghiệp) cũng được coi là một vấn đề thuộc qui

mô đô thị hay vùng Ở qui mô này, chỉ có tầng xáo trộn là đáng chú ý

Qui mô địa phương hay qui mô nhỏ

Các vấn đề thuộc qui mô địa phương là vấn đề đặc trưng bởi quan hệ trực tiếp giữa một nguồn (nguồn đơn) với môi trường xung quanh nó Ví dụ tác động của một con đường lên khu dân cư, vấn đề mùi ở xung quanh nhà máy giấy, tác động của nhà máy điện lên chất lượng không khí của địa phương Các vấn đề này ở mức độ một tỉnh, quận hay thành phố Thời gian tính toán thường là một vài phút tới một vài giờ

Các đặc tính của sự phát tán ở phạm vi địa phương hay vùng

Như đã trình bày ở trên, kích thước theo phương ngang ở qui mô này lớn nhất là vài chục km, trong khi theo phương đứng thường không vượt quá tầng xáo trộn Đặc trưng của sự phát tán ở qui mô địa phương là chất ô nhiễm không khí không hoàn toàn trộn lẫn với không khí xung quanh trong tầng xáo trộn; có sự khác biệt lớn về nồng độ theo phương ngang cũng như phương đứng Cùng với sự biến thiên theo không gian này, còn

có sự biến thiên lớn về nồng độ theo thời gian trong những khoảng thời gian ngắn (từ vài phút đến vài giờ)

Về các mô hình tính toán, nói chung người ta chia bốn loại mô hình dựa vào ứng dụng của chúng:

- Mô hình thống kê hay mô hình kinh nghiệm: sử dụng các hệ thức thống kê giữa

nồng độ ở một vế và dữ liệu nồng độ khác hay các biến môi trường ở vế kia Thường chúng chỉ có giá trị khi so sánh với các dữ liệu từ thực nghiệm

- Mô hình Gaussian hay mô hình kiểu chùm khói: dựa trên cơ sở lý thuyết sự phát

tán, còn gọi là phân phối ngẫu nhiên của các chất ô nhiễm do sự xáo trộn; mô hình này chỉ áp dụng trong qui mô địa phương

- Mô hình Lagrangia: trong đó nồng độ của một túi khí là một hàm của thời gian

theo dòng chuyển lưu (trung bình) trong khí quyển; mô hình Lagrangian chủ yếu được sử dụng trong qui mô trung và qui mô lục địa

- Mô hình Eularian: ở đây nồng độ trong một hay nhiều hộp cố định là hàm của thời gian; các hộp này được giữ cố định trong không gian; loại mô hình này áp dụng cho qui mô không gian lớn hơn qui mô địa phương Trong cuốn sách này không đề cập đến mô hình này

Nội dung của chuyên đề này chủ yếu đề cập tới mô hình tính toán cho một số trường hợp như mô hình Gaussian dùng cho nguồn điểm và mô hình tính toán cho nguồn thấp

1.2.2 Mô hình phát thải cho nguồn thải cao (Mô hình chùm khói Gaussian)

1.2.2.1 Nguyên tắc cơ bản

Đặc điểm của mô hình chùm khói Gaussian (thường viết tắt là GPM - Gaussian Plume

Model) là cột khói lấy trung bình theo thời gian Trên thực tế là không thể mô tả chính xác cột khói theo thời gian

GPM dùng một hệ tọa độ có gốc đặt ở vị trí của nguồn phát trên mặt đất (hình 1.1) Trục x nằm ngang theo phương gió thổi (có thể cuối hướng gió), trục y nằm ngang nhưng vuông góc với phương gió và trục z thẳng đứng (có thể hướng lên trên) Đường tâm cột khói (hay trục khói) nằm ngang và song song với trục x nhưng ở độ cao hiệu dụng của nguồn (He)

Mô hình Gaussian giả thiết là phân bố nồng độ vuông góc với trục chùm khói đạt giá trị cực đại ở tâm và giảm ở hai bên Vì chùm khói được nâng lên cao hơn mặt đất, phân

bố Gaussian này được quan sát cả phương nằm ngang (song song với trục y) và phương thẳng đứng (song song với trục z) Chiều rộng trên phương ngang của chùm khói được đặc trưng bằng khoảng cách giữa trục chùm khói và điểm thuộc đường cong Gaussian theo phương y (gọi là y, tính bằng m) Tương tự, với chiều rộng trên phương thẳng đứng được đặc trưng bằng thông số z, cũng tính bằng m Các kích thước của chùm khói được gọi là các thông số phát tán Các giá trị của thông số tăng khi khoảng cách từ nguồn tăng

và phụ thuộc nhiều vào độ ổn định của khí quyển: các giá trị này nhỏ ở điều kiện ổn định

và lớn khi không ổn định

Hình 1.1: Hệ thống tọa độ của mô hình chùm khói Gaussian và phân bố nồng

độ trong chùm khói

1.2.2.2 Phương trình cơ bản của mô hình chùm khói Gaussian

2

2 2

exp2

)(

exp2

exp

e z

e y

z y He

z

y

H z H

z x

y U

Q C

Trong đó:

Cx,y,z.He : nồng độ trung bình ở điểm (x, y, z) do tải lượng phát tán Q từ nguồn điểm ở

x : khoảng cách trên trục x theo phương gió thổi (m)

y : khoảng cách trên trục y vuông góc với phương gió thổi trên mặt

phẳng ngang (m)

z : chiều cao từ mặt đất (m)

Q : tải lượng chất ô nhiễm phát tán ( g/s)

Biểu thức thứ nhất của vế phải phương trình biểu diễn nồng độ của trục chùm khói

Nó đơn giản chỉ là lượng chất ô nhiễm phát ra trong một đơn vị thời gian (Q) phát tán vào thể tích khí trong một đơn vị thời gian (hàm của U và diện tích tiết diện của chùm khói 2 y z) Biểu thức thứ hai biểu diễn phân bố nồng độ Gaussian theo phương y và biểu thức thứ ba biểu diễn phân bố nồng độ theo phương z Biểu thức thứ tư phức tạp hơn

và được đơn giản hóa bằng cách giả thiết chùm khói không thể trải rộng xuống dưới xa hơn ngay khi nó chạm mặt đất Nếu không có biểu thức thứ tư, phương trình xem như chùm khói tiếp tục đi xuống dưới bề mặt đất Thay vào đó, giả thiết rằng khói được phản

xạ lại ngay tại mặt đất, một cách đơn giản để bổ sung giả thiết này vào mô hình là thừa nhận nguồn ảo có chiều cao hiệu dụng là He Cấu trúc này được mô tả trên hình 1.2

Hình 1.2: Sự “phản xạ” của chùm khói ở mặt đất được giả thiết cho nguồn ảo

ở chiều cao hiệu dụng He âm

1.2.2.3 Các giả thiết trong GPM

GPM là giải pháp cho phương trình phát tán rối (3 chiều) với một số giả thiết Các giả thiết khi áp dụng mô hình GPM gồm :

1 GPM giả thiết các điều kiện tĩnh, nghĩa là các đặc tính dòng coi như không đổi theo

thời gian Điều này có nghĩa là thời gian trung bình phải nằm giữa các giới hạn sau: một mặt là cần dài đủ để đạt được trung bình thống kê của các dao động xáo trộn Mặt khác, không quá dài để tránh các ảnh hưởng do điều kiện thay đổi (sự đổi hướng gió, chuyển đổi giữa ngày và đêm) GPM có thể áp dụng được với thời gian trung bình từ vài phút tới vài giờ, thường thời gian trung bình tiêu chuẩn được sử dụng là 1 giờ

2 GPM giả thiết các trạng thái đồng nhất, nghĩa là đặc tính của khí quyển (trong một

vùng đáng kể) không thay đổi theo không gian theo phương ngang Điều này có nghĩa là điều kiện phát tán giống nhau áp dụng cho toàn bộ chùm khói từ nguồn đến đối tượng tiếp nhận Giả thiết này giới hạn khoảng cách từ nguồn phát mà vẫn áp dụng được mô hình: thời gian vận chuyển phải đảm bảo sao cho các điều kiện này không đổi Thời gian vận chuyển nằm trong khoảng từ vài phút đến vài giờ, tương ứng với khoảng cách từ vài trăm mét đến vài chục km Thực tế người ta sử dụng giá trị nhỏ nhất là 100m và lớn nhất

là 20 - 50 km Giả thiết đồng nhất theo phương thẳng đứng có nghĩa là tốc độ gió được sử dụng trong mô hình đại diện cho toàn bộ lớp khí quyển diễn ra quá trình khuếch tán Vì tốc độ gió thay đổi lớn theo chiều cao trong lớp sát mặt đất nên GPM ít phù hợp cho mô

tả mặt cắt nồng độ mức nền Tuy nhiên, nồng độ mức nền có thể mô hình hóa thỏa đáng bằng GPM vì có sử dụng hệ số phát tán thực nghiệm ( y và z)

3 GPM bỏ qua sự phát tán rối theo hướng gió thổi (phương x) Phép gần đúng này có

nghĩa là cần có tốc độ gió tương đối cao Thực tế, người ta đề nghị tốc độ gió cần lớn hơn 1m/s

4 GPM giả thiết rằng không có sự mất đi và tạo thêm các chất mới trong chùm khói

Điều này có nghĩa là mô hình không tính đến sự sa lắng hay biến đổi Điều này thật sự

không phải là vấn đề đáng chú ý đối với qui mô địa phương, vì lượng không khí ô nhiễm mất đi khỏi chùm khói do quá trình lắng và chuyển đổi qua khoảng cách vài km không đáng kể so với tổng lượng khói

Độ ổn định khí quyển

Trong sách vở người ta đã thấy có nhiều phương pháp phân loại độ ổn định khác nhau Phương pháp theo Pasquill xây dựng trên cơ sở không quá nhiều dữ liệu vật lý là một phương pháp thô thường được dùng trong các mô hình phát tán ô nhiễm không khí Bảng 1.1 biểu diễn sơ đồ chung các loại độ ổn định khí quyển theo Pasquill (từ A: rất không ổn định đến F: rất ổn định) Loại trung lập, D, được giả thiết như là điều kiện mây che phủ suốt cả ngày và đêm

Bảng 1.1: Sơ đồ chung loại độ ổn định Pasquill

Mạnh Vừa phải Yếu Che phủ mỏng hay

50% có mây

Hầu như không mây hay 8/3

Phân loại độ ổn định Pasquill có ưu điểm là đơn giản và sử dụng các dữ liệu nói chung được đo ở nhiều trạm quan sát khí tượng Nhược điểm lớn của phương pháp Pasquill là sự phân loại rất thô, không đề cập đến các dữ liệu như độ nhám bề mặt và đặc

Khoảng cách từ nguồn

Trên cơ sở dữ liệu kinh nghiệm từ các thí nghiệm phát tán, người ta rút ra được các phương trình mô tả thông số phát tán là hàm của khoảng cách so với nguồn

Ở “Mô hình quốc gia” của Hà Lan, các phương trình sau đây, được dùng để tính y và

z, là hàm theo khoảng cách về phía cuối gió, x (đối với thời gian trung bình là 1 giờ):

y = a.xbz00,2 (1) Trong đó:

x : khoảng cách (m)

z0 : độ nhám (m)

a và b : hằng số, khác nhau tùy từng loại độ ổn định khí quyển (xem bảng 1.2)

z = c.xd z0z0 (2) với : Cz0 = 0 , 53 0,22

0).10( z x (3)

Thời gian trung bình

Thời gian trung bình càng tăng, phương gió thay đổi với góc càng lớn Điều này đơn

giản, nghĩa là kích thước chùm khói trên phương ngang ở thời gian trung bình là 1 giờ lớn hơn là ở thời gian trung bình là 3 phút, do đó giá trị y phụ thuộc vào thời gian trung bình Sự phụ thuộc này biểu diễn ở phương trình sau:

P y

y

t

t x t t

2

1 2

1) ( )(

Ở đây :

t1 và t2 : các thời gian trung bình khác nhau (s)

y(t1) : giá trị y áp dụng cho thời gian trung bình t1 (m)

p : số mũ xác định bằng kinh nghiệm, có giá trị trong khoảng 0,15 đến

0,5 trong tài liệu, p=0,3 được khuyến cáo áp dụng cho điều kiện Hà Lan

1.2.2.5 Tốc độ gió

Trong GPM tốc độ gió U xuất hiện ở mẫu số Như vậy nồng độ tỷ lệ nghịch với tốc

độ gió Tuy nhiên, tốc độ gió không giống nhau ở mọi nơi, đặc biệt là theo phương đứng,

có sự biến đổi đáng kể tốc độ gió theo chiều cao Do đó quan trọng nhất là xác định bộ số liệu tốc độ gió theo chiều cao

Sử dụng tốc độ gió nào trong tính toán:

Nếu không ghi chú gì khác thì tốc độ gió trong khí tượng là tốc độ gió đo được ở

chiều cao quan sát chuẩn 10 m trên mặt đất (U10) Trong GPM tốc độ gió này dùng cho

các nguồn thấp Nếu chiều cao hiệu dụng của nguồn lớn hơn 10m, nên sử dụng tốc độ gió ở độ cao hiệu dụng đó Tuy nhiên, để xác định chiều cao hiệu dụng này, chúng ta

cũng cần một giá trị tốc độ gió (xem phương trình) Thông thường người ta sử dụng cùng tốc độ gió ở độ cao vật lý (xây dựng) của nguồn để tính độ dựng cột khói

Hàm tốc độ gió theo chiều cao

Do ma sát ở mặt đất, tốc độ gió giảm mạnh khi độ cao giảm Độ giảm tốc độ phụ thuộc vào độ ổn định khí quyển và độ nhám bề mặt Ở những nơi ngoại lệ (ở phía trên tầng xáo trộn hay tầng biên hành tinh), tốc độ gió chỉ phụ thuộc vào độ biến thiên áp suất qui mô lớn Ở bề mặt tốc độ gió tiến đến 0 Hình 1.3 thể hiện ảnh hưởng của độ ổn định khí quyển lên sự thay đổi tốc độ gió theo chiều cao Ở điều kiện không ổn định, động năng của dòng chính tiếp tục giảm và dòng khí hầu như giảm vận tốc khi ở độ cao nhỏ hơn vài chục m Ở điều kiện ổn định, dòng khí bị chậm lại khi đến sát tầng biên hành tinh, do đó sự thay đổi chậm hơn nhiều

Hình 1.3: Hàm tốc độ gió theo chiều cao (ứng với độ ổn định khí quyển) khác

nhau

Luật lũy thừa

Sự thay đổi tốc độ gió theo chiều cao sẽ tuân theo luật lũy thừa cho hầu hết các tầng biên hành tinh, do vậy luật này được sử dụng rộng rãi trong tính toán theo GPM:

p z

z

Z

Z U U

2

1 2 1

1.2.2.6 Nồng độ ở mặt đất

Vì chúng ta thường chú ý đến nồng độ ở mặt đất (và các thông số thực nghiệm trong GPM thu được từ nồng độ mặt đất), phương trình cho z=0 trở thành:

2 2

2 2

, 0 , ,

22

exp

z e y

z y He

y

H y

U

Q C

1.2.2.7 Cột khói và nền

Xét đến sự phát tán trong qui mô địa phương, người ta thường dùng khái niệm chùm:

sự phát tán từ nguồn nào đó chỉ hạn chế trong một vùng khí quyển riêng và được gọi là

chùm Chùm khác hẳn với nền- nghĩa là điều kiện khí quyển ở địa phương đó nếu như

không có nguồn đang xét Đầu tiên, nồng độ nền được giả thiết là hằng số theo không gian và thời gian; mô hình phát tán mô tả sự trộn lẫn chùm với nền này

Độ dựng cột khói

Các phương pháp tiếp cận cổ điển trong mô hình hóa phát tán khói, mà đặc trưng ban đầu của chùm khói không được mô tả chi tiết, nhưng thay vào đó, chiều cao nguồn được hiệu chỉnh Sự hiệu chỉnh này được gọi là độ dựng cột khói; chiều cao ống khói đã hiệu chỉnh được gọi là chiều cao ống khói hiệu dụng (He):

He = H+ H

Hình 1.4 minh họa cho công thức này Trong đó, độ dựng cột khói cuối cùng được xác định cách một khoảng so với nguồn Do đó trên thực tế khó xác định giá trị thực của H: độ dựng thường tiếp tục tăng lên cho đến điểm mà chùm khói vẫn còn phân biệt được Dù đo đạc trên không hay đo từ xa đều có thể xác định đường khói thực hợp lý

Hình 1.4: Chiều cao hiệu dụng của ống khói (H e )

là tổng của chiều cao thực của ống khói (H) và độ dựng cột khói ( H)

Các mức độ dựng ống khói phụ thuộc vào nhiều yếu tố Các yếu tố chính là:

- Tốc độ gió : tốc độ gió càng cao, sự xáo trộn và pha loãng chùm khói diễn ra càng

nhanh và sự sai biệt giữa đặc tính chùm khói và môi trường càng nhanh chóng mất đi; tốc độ gió càng cao, độ dựng cột khói càng thấp;

- Độ ổn định khí quyển: điều kiện ổn định hơn gây ra sự xáo trộn kém hơn và kéo

theo độ dựng cột khói lớn hơn Mặt khác, độ ổn định cao cản trở chuyển động theo phương đứng và do đó dẫn đến độ dựng cột khói thấp hơn

- Hàm nhiệt của chùm khói: nhiệt độ và hàm nhiệt tổng chùm khói càng cao, độ

dựng cột khói càng cao

- Tốc độ thải: tốc độ thải khói theo phương đứng càng cao, độ dựng cột khói càng

lớn, trong trường hợp khói thải nóng ảnh hưởng này không đáng kể so với ảnh hưởng của hàm nhiệt

Phương trình độ dựng cột khói

Trên cơ sở đo đạc và các nguyên tắc lý thuyết, người ta đã lập được nhiều phương trình biểu diễn mối quan hệ các yếu tố này và độ dựng cột khói Thông dụng nhất là các công thức của Brigg và Stumke Trước đây, “Mô hình quốc gia” của Hà Lan đơn giản hóa các phương trình Brigg được mô tả đối với nguồn nóng Trong mô hình quốc gia Hà Lan sửa đổi, người ta chọn phương pháp phức tạp hơn, trong đó có tính đến cấu trúc chi tiết theo phương đứng của khí quyển (gradient tốc độ gió, tăng sự xáo trộn theo sự tăng

Phương trình Brigg cải tiến áp dụng cho điều kiện không ổn định và trung tính:

U

Q x

4 / 3

109 , khi QH <6MW

U

Q x

5 / 3

143 , khi QH 6MW Phương trình sau áp dụng cho điều kiện ổn định (ở bất cứ hàm nhiệt nào)

3 / 1

65

U

Q x

H H

Trong các phương trình thực nghiệm này:

QH : Hàm nhiệt của chùm khói (MW), trên cơ sở độ lệch nhiệt độ chùm khói và không khí xung quanh;

U : Tốc độ gió ở đỉnh ống khói (H) (m/s)

Hàm nhiệt (entanpi) của khói

Hàm nhiệt của chùm khói là hàm của :

- Lưu lượng (thông thường tính bằng m3/s), QV0

- Nhiệt dung riêng của không khí (1,36kJ.K-1), và

- Nhiệt độ của khói thải(tính bằng K), T:

QH =1,36x10-3xQV0x(T-Tamb) MW

Độ dựng cột khói của nguồn lạnh

Nhiều trường hợp, độ dựng cột khói không được tính đến, đó là các trường hợp nguồn lạnh, nơi mà nhiệt độ khí phát tán khác biệt rất ít so với nhiệt độ môi trường xung quanh,

vì ảnh hưởng của nó hầu như rất nhỏ Tuy nhiên, phương trình tính độ dựng cột khói của Stumke cho nguồn lạnh sau đây được áp dụng ở Đức đối với khí quyển không ổn định và trung tính:

U

xd V

5 , 1

Đặc tính chùm khói bất thường

Các phương trình cho ở phần này chỉ áp dụng được ở các điều thuộc loại lý tuởng

Các điều kiện nhiễu gây ra bởi đặc tính chùm khói bất thường là:

- Phát tán ở gần một công trình xây dựng: nếu điểm phát tán không đủ cao hơn

những công trình xây dựng lân cận, dòng khí xung quanh có thể gây hiện tượng chùm khói bị đi vào vùng xoáy dưới gió Để tránh hiện tượng này, nguyên tắc đầu tiên là điểm phát cần phải cao hơn gấp 2 đến 2,5 lần công trình lân cận

- Tốc độ thải quá thấp: nếu tốc độ thải khí phát tán quá thấp, khí thải bị kết hợp vào

vùng xoáy dưới gió ở phía sau ống khói Hiện tượng này được gọi là hạ khói đầu ống thải (xem hình 1.5) Tốc độ thải ít nhất phải đạt 20m/s để tránh hiện tượng này

Hình 1.5: Sự hạ khói đầu ống thải vì tốc độ xả quá nhỏ

- Khói thải ướt: nếu có các giọt nước trong khí phát tán, chúng sẽ bay hơi khi khói

được pha loãng và lấy nhiệt từ chùm khói trong quá trình bay hơi Sự mất nhiệt này làm cho chùm khói hạ xuống Các phương trình độ dựng cột khói không áp dụng cho những chùm khói như vậy Đặc biệt, nếu có liên quan đến lượng khá lớn nước, các mô hình phát tán đơn cũng không áp dụng được Một ví dụ khói ướt là khói của tháp làm lạnh; các phương trình rất đặc biệt đã được triển khai cho nhiều tháp tương tự các mô hình đường khói đã mô tả ở trên Tuy nhiên, nhiều trường hợp, các giọt nước trong khói thải chỉ được tạo thành sau khi khí thoát khỏi ống khói Hiện tượng này có thể thấy trong khói từ các quá trình đốt: ở phần trên ống khói vẫn không nhìn thấy được khói (nước ở pha khí) Chỉ đến một khoảng cách nào đó, người ta mới nhìn thấy được khói do sự ngưng tụ hơi nước Các giọt này cũng bay hơi trở lại, nhưng năng lượng cần cho nó nói chung cân bằng với năng lượng giải phóng trong quá trình ngưng tụ Vì vậy, trong trường hợp này chúng ta không nói đến khói ướt

Các nguồn thải thấp có nhiều loại khác nhau, có thể phân làm 3 nhóm chính như sau:

Nguồn mặt : Bãi rác, trạm xử lý nước thải, kho chứa chất bay hơi độc hại Nguồn đường : Dòng xe cộ chạy nối đuôi nhau trên đường, băng cửa mái nhà

công nghiệp thấp

Nguồn điểm : Các loại ống khói, ống xả, ống thải khí của hệ thống thông gió,

điều hòa không khí, hệ thống thiết bị công nghệ nằm trong vùng bóp rợp khí động

do các công trình xung quanh gây ra

Những nguồn thải nằm ngay trên mặt đất như các dạng nguồn mặt và nguồn đường vừa nêu ra trên đây, dù chúng nằm ở những nơi trống, không bị khuất gió, không bị vật cản che chắn, ta vẫn gọi chúng là các loại nguồn thấp Riêng đối với các loại nguồn thải dạng ống khói, ống xả khí (nguồn điểm) thì tùy thuộc vào độ cao của nguồn so với độ cao của vùng bóng rợp khí động do các công trình nhà cửa lân cận gây ra mà chúng có thể được xem là nguồn cao hay nguồn thấp Do đó, khi tính toán mức độ ô nhiễm không khí gây ra bởi các ống thải của hệ thống thông gió hoặc hệ thống công nghệ trong phạm vi khi công nghiệp cần phải tính đến ảnh hưởng của vùng bóng rợp khí động của công trình

và vị trí tương đối cũng như độ cao của ống thải so với bóng rợp khí động

1.2.3.2 Xác định nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp dạng ống khói, ống thải khí và cửa mái thông gió nhà công nghiệp gây ra

Nồng độ ô nhiễm do các nguồn điểm và nguồn đường ở độ cao thấp gây ra được tính toán theo chỉ dẫn tính toán nồng độ ô nhiễm trong khu công nghiệp của “Viện Nghiên Cứu Khoa Học Kỹ Thuật Nhà Công Nghiệp và Viện Nghiên Cứu Khoa Học Kỹ Thuật Bảo Hộ Lao Động Liên Xô cũ” do GS.Nhikitin V.S chỉ bảo soạn thảo (Sổ tay thiết kế Staroverob-1975)

Ở bảng 1.3 sau đây đưa ra công thức tính toán nồng độ ô nhiễm tại các vị trí tính toán khakhác nhau về vị trí nguồn thải và đặc điểm công trình

Bảng 1.3: Công thức tính toán nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp gây ra

Loại nhà Vị trí ống khí thải Vị trí điểm tính toán Nguồn điểm (ống thải khí) Nguồn đường (cửa mái)

; ) 4

, 1 (

42 6

, 0 3 , 1

2

x b l H

u

Mk C

nh x

; ) 4

, 1 (

42 6

, 0 3 , 1

1

2 S x b l H

u

Mk C

, 1 (

55

S C C x b l u

Mk

Hnh I u

Mk C

2

(14‟)

) (

.

2 , 7

x b I u

) 16 (

; ) 4

, 1 (

42 6

, 0 3 , 1

2

x b l H

u

Mk C

nh x

; ) 4

, 1 (

42 6

, 0 3 , 1

2 S x b l H

u

Mk C

nh y

S C C x b l u

Mk

) 4

, 1 (

55

1

;

55

S C C H I u

k m M

.

55

S C C x b l u

Mk

Hnh I u

Mk C

9,3

(16‟)

1

2 , 6

b I u

Mk

C (17‟)

nh H I u

Mmk C

.

2

(18‟)

) (

.

2 , 7

x b I u Mk

Loại nhà Vị trí ống khí thải Vị trí điểm tính toán Nguồn điểm (ống thải khí) Nguồn đường (cửa mái)

Bên ngoài vùng gió quẩn trên mái

phía đón gió khi H < 0.3

a) Ngoài vùng gió quẩn trên mái phía đón gió b 1 >

2,5 H nh b) Trong vùng gió quẫn sau nhà khi 0< x =< 4 H nh

c) Ngoài vùng gió quẫn sau nhà khi x > 4 H nh

2 2

2

.

; 55

55

S C C l b

u

Mk

; ) 4 , 1 (

42

1

8 , 0 3 , 1

2

x l H

u

k m M C

nh

; ) 4 , 1 (

42

1

8 , 0 3 , 1

3

2 S x l H

u

k m M C

nh y

31

55 ) 4 , 1 (

.

55

S C C L x

l l u

k m M

) 2 , 7 (

2 , 7

b I u

Mk

nh x

H l u

k m M C

.

8 , 2

(21‟)

L x b l u

k m M

C x

2 , 7 ) (

.

2 , 7 3

(22‟)

Bên ngoài vùng gió quẩn trên mái

phía đón gió khi H > 0.3

a) Ngoài vùng gió quẫn phía đón gió b 1 >2,8(H-

H nh ) và y<2,8(H - H nh ) b) Trong vùng gió quẫn sau nhà khi 0<x=<4H nh c) Ngoài vùng gió quẫn sau nhà khi x > 4 H nh

3 2

2

26

26

S L b

20

1

8 , 0 3 , 1

S C C x l H

u

k m M

.

23

S C C L x

l l u

k m M

L b

l u

Mk C

6 , 3

6 , 3 2

(23‟)

nh H l u

k m M C

.

4 , 1

(24‟)

L x b l u

Mk C

6 , 3 ) (

.

6 , 3

3

(25‟)

Bên trong hoặc bên trên vùng gió

sau nhà khi 0<x 1 =<4 H nh

b) Ngoài vùng gió quẫn sau nhà khi x 1 >4 H nh

; ) 4 , 1 (

42

1

8 , 0 3

, 1

2

x l H

u

Mk C

nh

; ) 4 , 1 (

42

1

8 , 0 3

, 1

3

2 S x l H

u

Mk C

55

S C C x l u

Mk

nh H l u

Mk C

.

8 , 2

(26‟)

x l u

Mk C

2,7

(27‟)

Loại nhà Vị trí ống khí thải Vị trí điểm tính toán Nguồn điểm (ống thải khí) Nguồn đường (cửa mái)

Cụm nhà

Bên trong vùng gió quẩn trên mái

phía đón gió của nhà rộng đứng

đầu gió

a) Trong vùng gió quẫn giữa 2 nhà khi H nh < x 1

=< 4 H nh b) Trong vùng gió quẫn giữa 2 nhà khi 8H nh >=x 1 >

4H nh

1 1

.

.

4 , 14

S C C x l u

k m M

1

;

6 , 3

S C C H l u

k m M

nh

1

2 , 7

x l u

k m M

nh H l u

k m M C

.

8 , 1

(29‟)

Bên ngoài vùng gió quẩn trên mái

phía đón gió của nhà rộng đứng

đầu gió khi H < 0.3

a) Trong vùng gió quẫn giữa hai nhà khi

H nh <x 1 <= 4H nh

b) Trong vùng gió quẫn giữa hai nhà khi 8H nh >=x> 4H nh

2

1 ( 1 , 4 )

42

2 3 , 1

x l x

l u

k m M

3 2 1

) 4 , 1 (

42

2 3 , 1

S x l x

l u

k m M

C y

2 ) 4 , 1 (

42

5 , 0 3 , 1

x l H

l u

k m M C

nh

2 ) 4 , 1 (

42

5 , 0 3 , 1

x l H

l u

k m M C

nh y

1

2 , 7

x l u

k m M

nh H l u

k m M C

.

8 , 1

(31‟)

Bên ngoài (trên) vùng gió quẫn

trên mái phía đón gió của nhà

rộng đứng đầu gío khi H > 0,3

a) Trong vùng gió quẫn giữa hai nhà khi

H nh <x 1 =< 4 H nh b) Trong vùng gió quẫn giữa 2 nhà khi 8H nh >=x 1 >

4H nh

; ) 4 , 1 (

20

2 3

, 1

3 2 1

x l x

l u

Mmk

; ) 4 , 1 (

20

2 3

, 1

3 2

x l H

l u

Mmk C

nh

1

6 , 3

x l u

Mmk

nh H l u

Mmk C

. (33‟)

Loại nhà Vị trí ống khí thải Vị trí điểm tính toán Nguồn điểm (ống thải khí) Nguồn đường (cửa mái)

Bên trong vùng gió quẩn giữa hai

42

2 3

, 1

2

x l u

Mmk

3 2 1

,)4,1(

422

3,1

S x l lx

u

Mmk

C y

S x l H

l u

Mmk C

nh

) 4 , 1 (

42

5 , 0 3

, 1

2 (35)

; ) 4 , 1 (

42

5 , 0 3

, 1

3

2 S x l H

l u

Mmk C

nh y

1

2 , 7

x l u

Mk

nh

H I u

Mk C

.

8 ,

1 (35‟)

Bên trên vùng gió quẩn giữa 2 nhà

khi nhà rộng đứng đầu gió và H >

,)4,1(

202

3,1

x l Lx

u

Mk y

3

2,)4,1(

20

5,03

,1

x l H

I u

Mk y

Cx

nh

(37)

1

6 , 3

x I u

Mk

nh H I u

Mk C

. (37‟)

Bên trong hoặc trên vùng gió

quẩn giữa 2 nhà khi nhà hẹp đứng

3 2 1

) 4 , 1 (

42

5 , 1 3 , 1

, ) 4

, 1 (

42

5 , 1 3 , 1

S x l x

I u

Mk C

S x b l x

I u

Mk Cx

y

(38)

1 2

1 2

, ) 4

, 1 (

42

25 , 0 3 , 1

, ) 4

, 1 (

42

25 , 0 3 , 1

S x b l H

I u

Mk Cx

S x b l H

I u

Mk Cx

nh

) (

.

2 , 7

1 b x I u

Mk

nh H I u

Mk C

.

3 , 1

(39‟)

Chú thích 1: Các ký hiệu ở bảng 1.3

- C, Cx, Cy là nồng độ chất ô nhiễm tại điểm tính toán (mg/m3)

- L là lưu lượng kí thải của nguồn, m3/s

- M là tải lượng chất ô nhiễm thải vào khí quyển, mg/s

- U là vận tốc gió tính toán; nhận U = 1 m/s

- K là hệ số không thứ nguyên kể đến ảnh hưởng của độ cao tương đối của nguồn thải - xác định theo biểu đồ hình 4.5 Khi miệng ống thải nằm trong vùng gió quẩn chung hoặc vùng gió quẩn trên mái phía đón gió thì k = 1

- S, S1, S2, S3, S4 là các hệ số không thứ nguyên dùng để tính toán nồng độ ở khoảng cách y trực giao với trục thải Đối với trường hợp nguồn điểm - xác định theo biểu đồ hình 4.6

- M là hệ số không thứ nguyên thể hiện phần khí thải tham gia vào quá trình gây ô nhiễm đối với vùng gió quẩn - xác định theo biểu đồ hình 4.7

- Hnh là chiều cao của nhà tính từ mặt đất đến mái đối với nhà mái bằng, đến nóc nhà đối với nhà 2 mái dốc và đến mép trên của cửa mái nằm trong phạm vi 3m từ mặt tường đón gió của nhà, (m)

- l là chiều dài của nhà - chiều vuông góc với hướng gió, m

- b là bề rộng của nhà - theo chiều song song với hướng gió, m

- b1 là khoảng cách từ mặt tường đón gió đến điểm tính toán trên mái nhà rộng, m

- b2 là khoảng cách từ nguồn thải đến điểm tính toán trên mái nhà rộng, m

- b3 là khoảng cách từ nguồn thải trên phạm vi mái nhà đến mặt tường phía khuất gió của nhà rộng, m

- x là khoảng cách từ mặt tường phía khuất gió của nhà đến điểm tính toán, m

- x1 là khoảng cách giữa 2 nhà, m

- H là chiều cao tương đối của nguồn thải:

H = (H - 1,8 Hnh ) / (Hgh - 1,8 Hnh ) khi miệng nguồn thải nằm ngoài vùng gió quẩn chung (số 2 hình 4.1a), hoặc ngoài vùng gió cẩn giữa 2 nhà khi nhà hẹp đứng đầu gió (số 5 hình 4.1c ) hoặc bên trên vùng gió cẩn trên mái phía đón gió của nhà rộng (số 3, hình 4,1b và 4.1d);

H = (h - Hnh ) / (Hgh - Hnh ) khi miệng nguồn thải nằm bên ngoài vùng gió quẩn trên mái (số 3, hình 4.1b và 4.1d ), bên trên vùng gió quẩn sau nhà rộng đứng độc lập (số 4, hình 4.1b), hoặc bên trên vùng gió quẩn giữa 2 nhà khi nhà rộng đứng

Hgh là chiều cao giới hạn của nguồn thấp, (m)

Đối với S3: x = 1,4l + x

Các hệ số S S4 còn có thể được xác định theo các công thức sau:

2 1

2

)4,1(

30exp

B l

,1(

30exp

x b l

y

2 2

2

2

30exp

30exp

x l

y

2 2

2

4

(30exp

B

y H H

a) b)

Hình 1.8: Biểu đồ xác định hệ số m phụ thuộc vào thông số b

Ghi chú : Biểu đồ hình 1.8a áp dụng cho các trường hợp sau đây:

- Nguồn thấp dạng điểm hoặc đường khi miệng thải nằm trong vùng gió quẩn trên mái phía đón gió của nhà rộng đứng độc lập (đường cong trên cùng) hoặc nhà rộng đứng đầu gió (trong cụm nhà)

Thông số b = b/H nh;

- Nguồn thấp dạng đường khi miệng thải nằm bên ngoài vùng gió quẩn trên mái phía đón gió Thông số b = b3/Hnh;

Biểu đồ hình 1.8b áp dụng cho trường hợp nguồn thấp dạng điểm khi miệng thải nằm bên ngoài vùng gió quẩn trên mái phía đón gió của nhà rộng đứng độc lập (đường cong trên cùng) hoặc nhà rộng đứng đón gió Thông số b = b3/Hnh;

1.2.3.3 Nguồn đường

Ngoài những loại nguồn thấp dạng ống khói, ống thải khí, cửa mái thông gió nhà công nghiệp vừa xem xét trên đây, trong thực tế ta còn gặp loại nguồn đường như dòng xe ôtô nối đuôi nhau chạy trên đường

Nồng độ ô nhiễm do nguồn đường có chiều dài nhất định gây ra tại 1 điểm trên mặt đất có thể được xác định theo phương pháp sau đây [Sổ tay tra cứu vệ sinh công nghiệp]:

Giả thiết ta có nguồn đường AB chiều dài l (m) với tải lượng chất ô nhiễm trên 1(m) dài của nó là M (g/s.m) Hướng gió thổi vuông góc với nguồn đường Ta chọn trục x đi qua trung điểm O của nguồn và trùng với hướng gió (hình 1.9)

Hình 1.9: Sơ đồ tính toán của nguồn đường

Nồng độ chất ô nhiễm tại điểm A với trục tọa độ x, y được xác định theo công thức sau:

n

Z X C H

n Z

A

X U C

B M

2

2 / 1

3

)

10

2 1 1

.21

21

y

y erf x

C

y erf

Trong đó:

- M là tải lượng đơn vị chất ô nhiễm của nguồn đường, g/s.m

- H là chiều cao của nguồn đường so với mặt đất, m

- x, y là tọa độ điểm tính toán, m

- u là vận tốc gió (m/s)

- Cx, Cy là hệ số khuếch tán theo phương ngang và phương đứng Trong điều kiện bình thường có thể nhận cy = cz = 0,05 (tương tự như các hệ số p và q trong công thức Bosanquet và Pearson)

- n là hệ số kể đến thời gian đo (lấy mẩu) các thông số môi trường

9 , 0

.2

5

Hệ số B trong công thức (45) có thể tra theo bảng tính sẵn với các giá trị của l, x và y khác nhau (phụ lục 4) ứng với cy = 0,05 và n = 0

Trong trường hợp hướng gió thổi không vuông góc với trục nguồn mà lệch một góc tương đối bé ( - góc hợp giữa trục nguồn với trục y trực giao với hướng gió, chẳng hạn như nguồn CD trong hình 1.9) thì hệ số B được tính toán với độ dài hình chiếu lo của nguồn xuống trục y và tải lượng đơn vị chất ô nhiễm M cũng được qui về cho 1m dài của hình chiếu lo

Để thấy rõ sự thay đổi của nồng độ ô nhiễm dọc theo trục gió Ox, ta có thể tính cho nhiều giá trị x khác nhau và lập biểu đồ Công việc này nếu thực hiện bằng tay sẽ gặp nhiều khó khăn do phải tra bảng hệ số B - hàm số xác suất Do đó cần lập chương trình tính toán theo các công thức (45) và (46) để vẽ biểu đồ trên máy tính Từ biểu đồ ta có thể kiểm tra lại kết quả tính toán đối với 2 điểm A và B đã thu được trên đây

Một phương pháp khác để tính nguồn đường có chiều dài giới hạn được xuất phát

từ mô hình Gauss (Pasquill Gifford) khi xem mỗi một điểm của nguồn đường như một nguồn điểm Lúc đó nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió thổi vuông góc với nguồn đường được xác định theo công thức sau [J.CMycock]:

dp e

H Exp

u

M C

p

p p

Z Z

x

2

1

.

.

1 2

2 3

) (

2

mg/m3 (48) Trong đó:

p1 = y1 / y và p2 = y2 / y ;

y1 và y2 là tọa độ trục y (trục nguồn) của 2 đầu mút của nguồn mà y1 có trị số âm còn y2

½ và y2 = ½

Ứng với mỗi trị số x (khoảng cách cuối hướng gió) ta tra ra được các giá trị y, z tương ứng và các cận p1, p2 cũng hoàn toàn được xác định, từ đó tính ra hoặc tra bảng trị

số của tích phân có giới hạn ở cuối công thức và cuối cùng tính ra được trị số Cl(x)

Về mặt cấu trúc và ý nghĩa toán học, công thức (48) gần tương tự như công thức (55) Nhưng ưu việt của công thức (48) là ở chỗ nó gắn liền với các hệ số khuếch tán y, z theo thang ổn định khí quyển của Pasquill - Gifford

Cũng cần lưu ý rằng trong các công thức (45) và (48) ở thành phần đầu của công thức đều không có mặt của hệ số khuếch tán ngang cy và y Sở dĩ như vậy là vì đối với nguồn đường được quan niệm rằng khuếch tán ngang từ một điểm nào đó của nguồn được bù lại bởi khuếch tán ngang theo chiều ngược lại của các điểm lân cận

Trở lại công thức (48), ta thấy rằng thừa số với dấu tích phân ở cuối công thức có thể được viết thành :

dp e B

p

p

p

.2

1 2

2 3

) (

2

1

2

10 2

Z Z

x l

H Exp

x - Khoảng cách trên trục gió vuông góc và đi qua điểm giữa của nguồn đường

Hình 1.10: Sơ đồ chuyển động của khí khi gió thổi ngang qua đường phố

Phương tiện giao thông chạy trên đường phố trong đô thị cũng thuộc loại nguồn đường, nhưng ở trường hợp này nhà cửa ở hai bên mặt phố có ảnh hưởng rất lớn đến chuyển động của dòng khí và sự khuếch tán chất ô nhiễm

Trên hình 1.10 là sơ đồ dòng chảy tuần hoàn của không khí và chất ô nhiễm do các phương tiện ô tô thải ra Khi gió thổi ngang qua đường phố, tương tự như trường hợp gió thổi ngang qua một thung lũng dài và hẹp

Johnson và cộng sự (1971) đã dựa vào số liệu khảo sát nồng độ khí CO trên đường phố ở San José, California (WMO - Dispersion) (Mỹ) và đưa ra mô hình tính toán sau đây cho trường hợp gió thổi cắt ngang qua đường phố Theo mô hình này có sự phân biệt phía khuất gió và phía đón gió

Nồng độ chất ô nhiễm (khí CO) được xác định theo công thức:

Trong đó:

C - nồng độ tổng tính bằng ppm (10-6)

Cnền - nồng độ nền của chất ô nhiễm do các loại nguồn khác gây ra, ppm

C - nồng độ chất ô nhiễm do phương tiện giao thông gây ra, ppm

) 2

)(

5 , 0 (

07 , 0

2 2

z x u

N

Đối với bên cuối gió ( đón gió)

W u

N

C k

).

5 , 0 (

07 , 0

Trong một số đô thị hoặc trong một số vùng riêng biệt của thành phố hoặc khu dân cư

có rất nhiều nguồn thải cùng loại nằm rải rác và phân bổ tương đối đều trên diện tích khu vực Số liệu phát thải riêng từng nguồn không thể biết rõ, nhưng tổng lượng phát thải của chúng có thể xác định được một cách gần đúng qua các số liệu gián tiếp như tổng sản lượng sản xuất, tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ vv Một số ví dụ điển hình của trường hợp này là các khu vực tiểu thủ công nghiệp phát tán độc hại trong đô thị, các bãi rác

Trong những trường hợp nêu trên, để dự báo tình hình ô nhiễm trong khu vực, người

ta dùng khái niệm về nguồn mặt như một loại nguồn tổng cộng của tất cả các nguồn điểm, nguồn đường lẻ tẻ cùng loại nằm rải rác khắp trong khu vực

Giả sử ta có khu vực đô thị hình chữ nhật có chiều dài và chiều ngang là l và b

Lần lượt một cạnh song song (l) và cạnh kia (b) vuông góc với chiều gió Gốc tọa độ đặt tại điểm giữa cạnh trực giao với chiều gió nằm phía đầu gió Lúc đó nồng độ trung bình của nguồn mặt sẽ được xác định theo phương trình:

2 /

2 / 0 2 1

.),(

Trong đó:

C(x,y) - nồng độ trên mặt đất tại điểm x,y do nguồn điểm gây ra

Gifford và Hanna (1973) [Berliand] đã đưa ra công thức sau đây để xác định nồng

độ trung bình chất ô nhiễm trong thành phố do nguồn mặt có công suất phát thải M gây ra sau mỗi thời gian dài hoạt động

u M

Trong đó:

u - vận tốc gió, m/s

Cnền - nồng độ nền của chất ô nhiễm, mg/m3

- Hệ số thực nghiệm

M - Công suất phát thải chất ô nhiễm của nguồn mặt tính theo g/m2.s

Hệ số phụ thuộc vào chiều dài l của khu vực đô thị và các cấp ổn định của khí quyển được cho ở bảng 1.5

Bảng 1.5: Hệ số thực nghiệm trong công thức (55)

Để tính toán nồng độ trung bình chất ô nhiễm do nguồn mặt gây ra trong đô thị, người

ta còn áp dụng khái niệm về mô hình “Hộp cố định” (Fixed Box Model) [Noel de Never - Air Pollution Control Engineering]

Giả sử ta có đô thị hình chữ nhật chiều dài l, chiều rộng b và gió thổi dọc theo chiều dài l của đô thị (hình 1.14) Ta có thể viết phương trình cân bằng vật chất (chất ô nhiễm) với các giả thiết sau đây:

1 Chuyển động rối của khí quyển làm cho chất ô nhiễm được hòa trộn một cách triệt để và đều đặn đến độ cao hòa trộn H và sự hòa trộn không vượt quá độ cao ấy

2 Do có hòa trộn mạnh, nồng độ chất ô nhiễm được phân bố đồng đều trong toàn

bộ thể tích của hộp, không có sự khác biệt giữa phía đầu gió và phía cuối gió

3 Gió thổi theo trục x, song song với chiều dài l của đô thị Vận tốc gió u là hằng

số theo không gian và thời gian Vì vận tốc gió thay đổi theo chiều cao, do đó

để thỏa mãn giả thiết này, ta có thể dùng vận tốc gió trung bình giữa vận tốc gió ở mặt đất với vận tốc gió ở độ cao H

4 Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí đi vào đô thị (ở tọa độ x = 0) là hằng số

5 Chất ô nhiễm không đi vào hoặc đi ra khỏi hộp qua nắp hộp cũng như qua 2 mặt bên của hộp

6 Chất ô nhiễm có tính chất tồn tại vững bền trong không khí không bị phân hủy hoặc lắng đọng

Hình 1.11: Đô thị hình chữ nhật và mô hình “hộp cố định”

Nếu gọi M là cường độ phát thải đơn vị của nguồn mặt có diện tích bằng diện tích đô thị, g/m2.s, C là nồng độ chất ô nhiễm trong đô thị do nguồn mặt nói trên gây ra, mg/m3 Với những giả thiết nêu trên ta có thể viết phương trình cân bằng chất ô nhiễm trong phạm vi “hộp cố định” của đô thị khi quá trình hòa trộn đã hoàn toàn ổn định như sau:

Co u B H + 103 M b l = c u b H (56)

Từ đó ta rút ra được:

H u

l M C

.

.

103

Ta nhận thấy rõ ràng rằng công thức (57) là kết quả của sự đơn giản hóa rất lớn so với những gì có thể xảy ra trong thực tế Tuy nhiên, trong tính toán dự báo về ô nhiễm, những sự đơn giản hóa nêu trên cũng có thể chấp nhận để có được những thông tin định lượng cần thiết

Ngoài ra, công thức (57) chỉ cho kết quả dự báo với một điều kiện khí hậu nhất định

Để tính toán được nồng độ chất ô nhiễm trung bình năm của thành phố, ta phải dùng tần suất phân bố của các đại lượng khác nhau như hướng gió, vận tốc gió u, chiều cao hòa trộn H và tính toán nồng độ trung bình năm theo biểu thức:

Nồng độ trung bình năm = (nồng độ ứng với điều kiện khí hậuI) (tần suất xuất hiện của điều kiện khí hậu I)

Tổng này thực hiện với tất cả các điều kiện khí hậu