ô nhiễm không khí và xử lý khí thải

trình bày về ô nhiễm không khí và xử lý khí thải

60-601

KHKT-01

35 NAM THANH LAP (1966 - 2001)

45 NAM DAO TAO (1956 - 2001)

123-138-2-01

LOI NOI DAU

Tập 2 bộ sách "Ô nhiễm không khí uờ xử lý khí thải" uới chủ đề "Cơ học uề bui

Uà phương pháp xử lý bụi" bao gồm 7 chương từ chương õ dến chương 11

Nội dung chương ð là những uốn đề cơ học chủ yếu của bụi - một loại uật liệu dang hat roi rac vdi kich thước nhỏ cỡ micromet - dùng làm cơ sở để tinh toán thiết

kế cóc loại thiết bị lọc bụi hóc nhau

Các chương 6 đến 10 của tập sách, mỗi chương trình bày cấu tạo, nguyên lý làm, _ tiệc uù phương pháp tính toán của từng loại thiết bị lọc bụi riêng biệt: buồng lắng

bụi, thiết bị lọc bụi quán tính, thiết bị lọc bụi ly tôm, lưới lọc bụi, thiết bị lọc bụi bằng điện uà thiết bị lọc bụi hiểu ướt

Chương cuối của tập sách - chương 11 - dành cho những Uuấn đề chung, bể cả một số khia cạnh bình tế - kỹ thuật của xử lý bụi -

Sach ding lam tai liéu gidng day cao hoc chuyén nganh "KY thuật môi trường khí" của Trường dại học Xây dụng Hò Nội

Sách còn có thể dùng làm tai Hiệu tham khảo cho cón bộ giảng dạy, nghiên cứu vién, kỹ thuột uiên, ky su, cán bộ kỹ thuật của các Uiện nghiên cứu, uiện thiết kế, trung tâm khoa hoc va céng nghé, cdc truéng dai hoc va cao dang, cdc sỏ khoa hoc,

công nghệ uù môi trường só quan tâm dến lĩnh Uực xử lý bụi trong khí thải công _ nghiệp

Tac gid xin chan thành cớm on su quan tam theo dõi uờ mong nhận được nhiều

ÿ hiến dóng góp của dồng nghiệp uà bạn đọc

Hà Nội, ngày 1 - 1 - 2001

Tác giả

re

ve

Chương ð - Cơ học về bụi và các phép đo bụi

Khái niệm chung về bụi và phân loại Sức cản của môi chất trong trường hợp hạt co dang hinh cau chuyển động

với vận tốc không đổi Sức cản của môi chất đối với các hạt chuyển động có gia tốc Sức cản khí động khi có nhiều hạt cùng chuyển động

Láng chìm của hạt từ dòng chuyển động rối

Anh hưởng của hình dạng, độ nhám và khối lượng đơn vị của hạt bụi

Lấy mẫu bụi từ trong ống dẫn khí

5.7.1 Chọn đoạn ống lấy mẫu và chia tiết diện ngang của ống chỗ lấy mẫu 5.7.2 Cac yéu cầu đối với đầu đo lấy mẫu bụi

5.7.3 Cấu tạo đầu ống hút và dụng cụ lấy mẫu 5.7.4 Bộ phận lọc của ống lấy mẫu

5.7.5 So đồ láp đặt hệ thống dụng cụ lấy mẫu bụi trong đường ông 5.7.6 Lấy mẫu

Lấy mẫu trong không khí xung quanh (xem TCVN 5067 - 1995) 5.8.1 Do néng độ bụi lơ lửng

5.8.2 Đo bụi láng đọng trên mặt đất

Đo độ đen của khói

5.10 Đo bụi hô hấp

5.11 Xác định khối lượng đơn vị (kldv) của bụi

5.11.1 Xác định kldv của bụi bằng tỷ trọng kế 5.11.2 Xác định kldv của bụi bằng phương pháp áp kế

5.11.3 Xác định klđv đổ đống của bụi 5.12 Xác định độ phân cấp cỡ hạt của bụi

5.12.1 Một số khái niệm và định nghĩa 5.12.2 Xác định độ phân cấp cỡ hạt theo phương pháp rây

512.3 Phân tích cỡ hạt bụi bằng phương pháp lắng chim

512.4 Phan tích cỡ hạt bụi bằng máy tự ghỉ quá trình lắng của bụi trong chất lỏng

5.12.8 Cac phương pháp khác để xác định độ phân cấp cỡ hạt bụi

Chương 6 - Buồng lắng bụi và các thiết bị lọc quán tính

Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi - Một số quy định và giả thiết

Phương trình quỹ đạo của hạt bụi trong buồng lắng

Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng

Hiệu quả lọc tổng thể của buồng lắng bụi

Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng

Một số ví dụ tính toán buồng lắng bụi

Các dạng kháa nhau của buồng lắng bụi

Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính

Chương 7 - Thiết bị lọc bụi ly tâm Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang (uni-flow)

7.1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

7.1.2 Lý thuyết tính toán

7.1.2.1 Phương trình quỹ đạo của hạt bụi

7.1.2.3 Đường kính giới hạn của hạt bụi

7.1.2.3 Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (return-flow)

7.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc ,

7.2.2 Ly thuyét tinh toan

Ap dung ly thuyết đồng dang và phân tích thy nguyên đối với thiết bị lọc

bụi ly tâm

"

7.3.1 Quan hệ giữa kích thước, lưu lượng và chênh lệch áp suất trong xiclon

7.3.2 Phép tính đổi các thông số kỹ thuật của xiclon

Mô hình tách lọc bụi trong xiclon kiểu đứng Đường kính giới hạn của hạt

bụi

Tổn thất áp suất trong xiclon

Chọn xiclon

Các dạng tổ hợp khác nhau của xiclon

7.7.1 LẮp nối tiếp hai xiclon cùng loại

7.7.2 Lap song song hai hoặc nhiều xiclon cùng loại

7.7.3 Xiclon chùm

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu guồng xoắn

Chương 8 - Lưới lọc bụi

Cơ cấu quá trình lọc bụi trong lưới lọc

Trường vận tốc của dòng khí chảy qua vật cản có dang’ hinh tru

Va đập quán tính của hạt bụi hÌnh cầu trên thanh hình trụ

—————

8.4 Thu bắt bụi do tiếp xúc của thanh hình trụ 141

8.5 Thu bat bui do khuéch tan 143

8.6 Hiệu quả thu giữ bụi tổng cộng của vật can hinh tru 145

8.7 Quan hệ giữa hiệu quả lọc bụi của toàn bộ lưới lọc với hệ số thu giữ bụi của

từng sợi vật liệu lọc riêng biệt 147 8.8 Thu giữ bụi tronz lưới lọc thực tế và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lọc 150 8.8.1 Hiệu quả lọc của lưới lọc thực tế 150

8.8.2 Anh hưởng của các yếu tố khác nhau đến hiệu quả lọc 151

8.9 Sức cản khí động của lưới lọc bụi 152

8.10 Ví dụ tính toán lưới lọc bụi 153

8.11 Các đạng khác nhau của lưới lọc bụi 157

8.11.1 Lưới lọc kiểu tấm 158 8.11.2 Lưới lọc tẩm dầu tự rửa 160 8.11.3 Ludi lọc kiểu rulô tự cuộn 160

8.11.4 Lưới lọc bằng túi vải hoặc ống tay áo 162 8.11.5 Lưới lọc bằng sợi 165

Chương 9 - Thiết bị lọc bụi bằng điện 9.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 169

9.2 Sức hút tỉnh điện - Vận tốc di chuyển của hạt bụi (migration velocity) 171

9.3 Phương trình của thiết bị lọc bụi bằng điện 175

9.5 Phân loại các thiết bị lọc bụi bằng điện và cấu tạo của các bộ phận chủ yếu

của thiết bị 185

9.5.1 Phân loại 185 9.5.2 Các dạng khác nhau của cực hút bụi và cực ion hóa 191 9.6 Điện trở của bụi và ảnh hưởng của nó đến chế độ làm việc của thiết bị lọc

bụi bằng điện - 193

9.7 Các thông số điện quan trọng và công suất của thiết bị lọc bụi bằng điện 197 9.7.1 Điện áp tới hạn Ứ, và cường độ dòng điện J, 197- 9.7.2 Công suất điện của thiết bị lọc bụi bằng điện 200

Chương 10 - Thiết bị lọc bụi kiểu ướt

10.2 Thiết bị khử bụi cớ lớp đệm bằng vật liệu rống được tưới nước 214 10.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt 216

10.4 Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hinh cầu di động 221 10.5 Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dưới tác động va đập quan tinh 225 10.6 Xiclon ướt 228 10.7 Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi 233

8 |

MUC LUC

10.7.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 233

Chương 11 - Những vấn đề chung về xử lý bụi

11.1 5o sánh hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của các thiết bị lọc bụi khác nhau và

sự lựa chọn thiết bị lọc bụi 247

11.2 Lượng phát thải bụi từ các quá trình công nghệ khác nhau 250 11.3 Phân cấp cỡ hạt của bụi từ các quá trình công nghệ khác nhau 254 11.4 Một số khía cạnh kinh té - ky thuat của xử lý bụi 257 Phụ lực: Chương trình tính toán thiết bị lọc bụi ướt Venturi theo ngôn ngữ lập

trinh Turbo Pascal 263

Tài liệu tham khảo | | 269

Chương 5

CƠ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

5.1 KHAI NIEM CHUNG VE BUI VA PHAN LOAI

Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) cĩ thể được tạo ra trong các quá trình nghiền,

ngưng kết và các phản ứng hoa hoc khác nhau Dưới tác dụng của các dịng khí hoặc khơng khí, chúng chuyển thành trang thai lo lửng và trong những điều kiện nhất định

chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là Đợi

Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc - các hạt cĩ kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng

mắt thường, cĩ khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau

Sòl khí (aẩrozon) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm từ các hạt thể rắn và thể

lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dài khơng hạn định Tốc độ lắng chỉm của các hạt ărozon rất bé Những hạt bé nhất của ărozon cĩ kích thước gần bằng kích thước các

nguyên tử lớn, cịn những hạt lớn nhất cĩ kích thước khoảng 0,2+ l/¿

Khái niệm về ắrozon tho co thé xem là đơng nghĩa với bựi Aêrozon cĩ thể cĩ kích thước hạt đồng nhất (monodisperse, isodisperse) hoặc khơng đồng nhất (polydisperse,

` heterodisperse) Bụi thu giữ được hoặc bụi đã láng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm "bột, tức

tác dụng của trọng lực Vận tốc láng chìm phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng

và khối lượng đơn vị của nĩ cũng như khối lượng đơn vị và độ nhớt của mơi

trường Đường kính lắng chìm 5, cua hat bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận

; | 18.107H

(5.1)

(pr, — Ð)gt

„ - độ nhớt động lực của môi trường (khí, nước) Pa.s;

Đụ; 6 - khôi lượng đơn vị của vật liệu bụi và của môi trường, g/cm`,

H - chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm;

g - gia tốc trọng trường, m/s?;

r - thời gian rơi, s

Và kích thước, bụi được phân chia thành các loại sau đây:

e Bui thô, cát bụi (grit): gồm từ các hạt bụi chất rắn có kích thước hạt > 7ð am,

e Bui (dust): hat chat ran có kích thước nhỏ hon bui thé (5 + 75 wm) duge hình thành từ các quá trình cơ khí nh nghiền, tán, đập v.v

e Khoi (smoke): gồm các hat vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá

trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trỉnh ngưng tụ có kích thước hạt 6 = 1+5 wm Hat

bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển

ø Khơi mịn (fume): gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thước hạt 3 < Jun

ø Sương (mist): hạt chất lỏng kích thước ở < 10m Loại hạt cỡ này ở một nồng độ

đủ để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá (fog)

Co su khác biệt đáng kể về tính chất cơ lý hóa của các hạt cơ kích thước nhỏ nhất

và lớn nhất Các hạt cực nhỏ thỉ tuân theo một cách chặt chẽ sự chuyển động của mùi

trường khí xung quanh, trong khi đó các hạt lớn - như bụi thô chẳng hạn thì rơi có gia tốc đưới tác dụng của lực trọng trường và nhờ thé chung dé dang hi loai bo ra khỏi khổ khí (dế lọc sạch) Tuy vậy, những hạt bụi có kích thước lớn cũng có khả nang bi cudn di | rất xa khi điều kiện thời tiết thuận lợi Ví dụ hiện tượng mưa bụi trên một phạm vỉ rộng -

lớn ở phía nam nước Ảnh vào mùa hè năm 1968 sau đó được Bội sạch nhờ có mưa là do :

những hạt cát kích thước ~ 50 ¿m bị gió cuốn theo tit Bac Phi

nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp - tức những hạt có kích thước ô < 10 yum Người ta gọi cỡ bụi này là bụi hô hấp _

O bang 5.1 là kích thước hạt của một số loại bụi, khói thường gặp trong khí quyển cũng như một số vật liệu dạng bột phổ biến

52 SUC CAN CUA MOI CHAT TRONG TRUONG HOP HAT CO DANG HINH CAU CHUYEN DONG VOI VAN TOC KHONG ĐỔI

Khi lọc các phần tử rắn bé nhỏ (bụi) trong khí thải thì vai trò quan trọng là các quá

trình như: phân ly do trọng lực và lực ly tâm, thu bắt và va chạm quán tính, tác động của lực tĩnh điện, lực nhiệt và điện từ

Về thực chất, hệ thống lọc bụi là hệ thống mà khi dòng khí mang bụi đi qua, các

phần tử hạt rắn sẽ chịu tác động của một số lực làm cho chúng bị tách ra khỏi dòng khí

Để hệ thống hoạt động có hiệu quả, các lực tác động lên phần tử bụi phải đủ lớn để có thể loại được chúng ra khỏi dòng khí trong khoảng thời gian mà dòng khí đi qua thiết bị lọc

Các lực tác dụng gây ra đối với các hạt bụi một vận tốc thành phần khác hướng với

chuyển động của dòng khí và do đó dòng khí sẽ sản ra một lực cản tác dụng ngược lại

lên hạt bụt

Đơn giản hơn cả là trường hợp các hạt có dạng hình cầu chuyển động với vận tốc

không đổi và ổn định trong một dòng liên tục vô hạn Vì thế đầu tiên ta sẽ xem xét trường hợp này, còn các dạng hạt khác cộng với các yếu tố khác sẽ được kể đến trong

mối quan hệ với hệ thống đơn giản hóa vừa nêu trên

Khi một hạt hình cầu đường kính ó chuyển động trong môi chất với vận tốc 0 thì lực can F cua mdi chdt tac dụng lên hạt sẽ tỷ lệ thuận với động năng của dòng môi chất chuyển động theo và diện tích tiết diện trực đối của hạt so với hướng chuyển động:

F=KA ; pv?, (5.2)

- trong đó

5 øu2 - động năng của dòng môi chất chuyển động theo với vận tốc 0;

Á - diện tích tiết diện trực đối của hạt đối với hướng chuyển động - tức là hình chiếu của hạt trên mặt phẳng trực giao với véctơ vận tốc;

v - hệ số nhớt động của môi chat: v =Ễ :

và p - lần lượt là hệ số nhớt động bực và khối lượng đơn vị của môi chất

Ỏ hình 5.1 là đường cong thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số sức cản K,,

trên trục tung và chuẩn số Fe trên trục hoành

Khi vận tốc bé, Re < 1, dòng môi chất trước và sau hạt gần như đối xứng Các

phần tử của môi chất khi gặp vật cản (hạt

phương trực giao, nhưng tác độnaz của lực A

quán tính quá yếu nên không gây ra một sự ==

sau vat can (hinh 5.2a) , cố

` Đơ là miền chảy bọc có độ nhớt hoặc còn

gọi là miền Stokes Ứng với miền này, đường

biểu diễn ở hình 5.1 hoàn toàn như đường

thẳng (trong hệ trục logarit) và quan hệ

giữa hệ số K, và Re được biểu diễn bang Hình 5.2a Đường dòng chảy bọc quanh hạt biểu thức: hình cầu khi Re < 1

24

K =— (5.5)

Tur (5.4) va (5.5) ta rút ra được: _ Co

F = 3ndu (5.6) YY Con

Đây là công thuc Stokes rất nổi tiếng và — —¬*⁄⁄/ ~“———

quen thuộc trong thủy khí động lực học

Khi Re > I1 các phần tử môi chất gặp vật cân bát đầu chậm trễ ngày càng nhiêu

để nhập dòng sau vật cản và do đó bắt đầu

xuất hiện sự rối dòng (hỉnh 5.2b) và người Hình 5.2b Đường dòng chảy quanh hạt bình

ta gọi là miền chuyển tiếp với giá trị Re cầu trong miền chuyên tiếp

tăng lên đến 400

Đối với miền chuyển tiếp công thức của Klyachko (Kas+xo) [43] cho kết quả rất phù

hợp với thực nghiệm với sai số ~2 trong phạm vi ä < Re < 400

14 CƠ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP DO BỤI

Sisk F.J [20] da rut ra được céng thitc thuc nghiém véi sai s6 = 2% trong khoảng giá

trị Re rất rộng (0,1 < Re < 3ã00):

K, = 29,6Re (0,554 InRe~0,983) (5.9) Khi chuẩn số Raynon (Re) lớn hơn 500 một Ít - đó là giới hạn trên của miền chuyển

tiếp - các vòng xoáy của môi chất tách ra khỏi vật cản (hạt hình cầu) và hình thành vùng

xoắn ốc cuốn vào ổn định cho tới tri s6 Re = 1000, cho nên hệ số sức cản trực đối K,

hầu như không đổi và nằm trong khoảng 0,38 + 0,5 Mién này do Niutơn xác định được cho nên được gọi là miền Niutơn,

Khi vận tốc tăng cao véi tri s6 Re > 2.105 lớp chảy biên của dòng môi chất trước vật

cản hỉnh cầu trở nên không ổn định và những vòng xoắn phân cách hình thành cả ở phía trước rồi chuyển từ phía trước ra cả phía sau vật cản làm cho hệ số sức cản giảm xuống đột ngột từ 0,4 đến 0,1

Vận tốc giới hạn cuối cùng mà hạt vật chất có thể cớ được là khi sức cản của môi

chất trở nên cân bằng với ngoại lực tác động lên vật thể Nếu lực đó là G thì từ phương trình (5.2) vận tốc giới hạn cuối cùng sẽ bằng:

Đây cũng chính là "vận tốc treo" hoặc vận tốc lơ lửng của hạt bụi hình cầu - tức là

vận tốc của dòng môi chất theo chiều ngược lại với vận tốc rơi của hạt để cho hạt vật chất như bị treo lơ lửng ở vị trí nhất định

Khi hạt bụi rơi trong môi trường không khí thì khối lượng đơn vị p của không khí

nhỏ hơn rất nhiều lần so với khối lượng đơn vị Øy của bụi do đó người ta có thể bỏ qua

đại lượng ø và công thức (5.12) sẽ trở thành: :

8ð?

18,

U eh (5.13)

Cần lưu ý rằng các công thức (5.19) và (5.13) được rút ra theo định luật Stokes chỉ

áp dụng được cho cỡ hạt bụi 6 < 70 m Đối với bụi có kích thước hạt lớn hơn công thức Stokes cho sai số tương đối lớn so với thực tế (xem bảng 6.1 chương 6)

Từ công thức (5.13) kết hợp với số liệu thực nghiệm đối với hạt bụi cớ kích thước

lớn, người ta xây dựng biểu đồ hình 5.3 để tra vận tốc treo hoặc vận tốc rơi giới hạn của

bụi trong không khí

Ta có thể áp dụng công thức trên để tính thời gian và khoảng cách lắng đọng của

bụi trên mặt đất từ một độ cao H nào đó ứng với vận tốc gid cho trước Dĩ nhiên, để áp

dụng công thức trên ta phải đưa ra hàng loạt các giả thiết phù hợp, đó là:

- Hạt bụi có dạng hình cầu và tuân theo định luật Stokes;

Dddng kinh hgt bui hinh cau ở, pm

Duong kinh hat bur hinh cou &, Bm

tự

ar 2 04 46 08 10 2 4 6 & £0 22 30

Hình 5.3 Riều đồ vận tốc rơi giới hạn thực tế của hạt bụi hình cầu trong không khí ở nhiệt độ

20°C ứng với khối lượng đơn vị của bụi 2, = 1 + 3 g/cem2 [51]

Ví dụ tra biều đồ: đối với bụi có ø, = 1 g/cm’:

ỏ =I0/m > u, =0,3 cnys ; 6 = 100 um -> v, = 25,5 cm/s

6 =70 um > v, = 14,7 cm/s; 3 = 1000 um > u„ = 400 cn/s

16 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

- Chiêu cao H của ống khối được xem là chiều cao hiệu quả mà tại đơ hạt bụi có vận

tốc ban đầu bằng không và bát đầu rơi tự do trong khí quyển;

- Bụi thoát ra khỏi ống khơi được làm nguội tức khác đến nhiệt độ môi trường xung

- Không có xáo trộn mạnh (rối) trước và trong khi rơi;

- Không có tác động qua lại giữa các hạt bụi có kích thước khác nhau

Bang 5.2 Tính toán thời gian và khoảng cách rơi chạm đất của hạt bụi hình cầu ø, = 2000 kg/m? te d6 cao H,m

Khi vận tốc gió w = 3a, / không khí 20°C

Đường kính hạt | Vận tốc rơi của Trường hợp Hí =25m Truong hop H = 100m

Ghỉ chí: *) CÓ sai số lớn theo chiêu tăng cao sò với thực tế

Ví dụ: đối với bụi có khối lượng đơn vị ø, = 2000 kg/m lắng chỉm trong môi trường

không khí ở nhiệt độ ¿ = 209C, nếu chiều cao ống khơi là H và vận tốc gió là w thì thời

gian và khoảng cách (độ xa từ chân ống khói) mà tại đó hạt bụi chạm đất sẽ được tính

toán như sau:

Hệ số nhớt động lực của không khí ở áp suất khí quyển và nhiệt độ ¿ = 0°C là tốc

= 17,17.105 Pa.s Ỏ nhiệt độ bất kỳ có thể tính hệ số ¿ theo công thức thực nghiệm cớ

độ chính xác cao sau đây của Sutherland [48]:

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THÁI 1

Thời gian r và đoạn đường / ma hạt bụi kích thước 6 roi chạm đất ứng với chiều cao

Ong khoi H va van téc pid ¿ được xác định theo các biểu thức sau:

(H tinh bang m, 6 tinh bang mm va u tinh bang m/s)

Sau đây ta tính cho trường hợp H = 25 và 100m với van téc gid u = 3m/s (bang 5.2)

5.3 SUC CAN CUA MOI CHAT BOI VOI CAC HAT CHUYEN BONG CO GIA TOC

Trên đây chúng ta đã nghiên cứu trường hợp sức cản môi chất đối với hạt bụi chuyển động với vận tốc không đổi trong dòng chảy tầng và vận tốc giới hạn mà hạt bụi đạt được

dưới tác dụng của một ngoại lực nào đó ví dụ như lực trọng trường

Tuy nhiên khi hạt ở trạng thái tỉnh ban đầu bị tác động bởi một lực thì hạt sẽ bắt đầu chuyển động với gia tốc và vận tốc của nơ tăng dần làm cho sức cản của môi chất

tác động lên hạt theo chiều ngược với véctơ vận tốc cũng tăng theo Đến một lúc nào đó

sức cản trở nên cân bằng với lực tác động và từ thời điểm đó trở đi vận tốc chuyển động của hạt sẽ đạt trị số không đổi - mà ở trên ta đã gọi là vận tốc giới hạn U ah:

G - sức hút trọng trường - trọng lực: G = mg;

F - sức cản;

r - thời gian,

g - gia tốc trọng trường

Thay giá trị của F tu biểu thức (5.6) và G = mg vào (5.18) và sau khi biến đổi ta

thu được phương trình vi phân sau đây:

18 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Công thức (5.21) còn có thể viết dưới dạng:

v= val ~ eZ) (5.22) Nấu gọi h là đoạn đường mà hạt bụi rơi được trong khoảng thời gian r, ta sẽ có:

Tu do ta thấy khi thời gian r tăng thi gia téc a của hat giảm rất nhanh và dần đến

triệt tiêu, lúc đó hạt rơi với vận tốc không đổi Von:

Nếu hạt bụi chuyển động ngang dưới tác động của một hằng lực bất kỳ P chứ không phải trọng lực thì ta chỉ việc thay Œ bằng P và lúc đó trong nhiều trường hợp khi chuyển động thuộc miền Stokes, lực trọng trường không còn đóng vai trò quan trọng nữa và người ta có thể bỏ qua :

Ap dụng các công thức (5.22) và (5.23) ta có thể tính vận tốc và đoạn đường rơi của

hạt bụi sau một thời gian r nào đó kể từ lúc bắt đầu rơi

_Đối với bụi có ø, = 2000 kg/m3 và nhiệt độ không khi ¢ = 20°C (¿ = 18,15.105 Pa.s)

ta có kết quả tính toán ghi ở bảng 5.3

Bảng 5.3 Vận tốc rơi của hạt bụi hình cầu tại thời điềm 7 so với vận tốc giới hạn

và đoạn đường rơi được

Đường kính ân tốc giới han Sau khoảng thời an Oc tai thời Đoạn dường rời

c4 Đụ, ñVS (theo công điểm tính toán được cửa hạt bụi hạt bụi d, mm ph gian T7, s

Số liệu tính toán được ở bảng 5.3 cho thấy đối với bụi có kích thước hạt dưới 109 ¿m

vân tốc giới han không đổi và đoạn đường rơi được có thể nói là không đảng kể, do đó người ta thường bỏ qua trong nhiều phép tính kỹ thuật Chính vỉ vay 6 muc 5.1 trong

công thức (5.1) (suy ra từ công thức (5.13)) người ta nhận vận tốc lắng chìm là vận tốc

giới hạn không đổi ngay từ đầu của quá trình lắng chìm của hạt vật chất

Sức cản của môi chất tác dụng lên hạt chuyển động có gia tốc lớn hơn so với trường

hợp chuyển động với vận tốc không đổi

Trong trường hợp chung, sức can trực đối của môi chất tác dụng lên hạt khi chuyển

` động có gia tốc được biểu diễn bằng phương trình sau:

với hạt hình cầu chuyển động với vận tốc

không đổi trong miền chảy bọc có độ nhớt

- mién Stokes (xem công thức 5.6)

- Thành phần thứ hai đặc trưng cho sức cản của đòng lý tưởng đối với hạt a4

hình cầu chuyển động có gia tốc tương

đương với độ tăng khối lượng hạt thêm „

một đại lượng bằng 1/2 thể tích môi chất ø3

bản thân môi chất chuyển động gây ra Hình 5.4 Biều đồ hệ số sức cản khi chuyền động

Trong thưc tế, chuyển đôn có gia tốc có gia tốc K, phe thuộc vào chuan sé Re:

phục tố y 2ng co gh Le ting vol a = 0 nvs?s 2- ứng với a = 181 m/$,

của hạt bụi có ý nghĩa rất quan trọng khi + ứng với a +38 n/s2; 4- cng voi a = 481 mực)

trong miền chảy tầng có nhớt Trong 7- ứng với a = 781 m/s::;

trường hợp đó người ta sử dụng công

thức đơn giản sau đây để xác định sức cản của môi chất:

=K AS 1 v2, (5.26) trong do:

K, - hé s6 stic can trong trường hợp có gia tốc

20 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Trên hình õ.4 là các đường cong biểu diễn quan hệ giữa K và chuẩn số He theo số liệu thực nghiệm của Lunnon R.G [20)

5.4 SUC CAN KHi BONG KHI CÓ NHIỀU HẠT CÙNG CHUYỂN ĐÔNG

Sức cản trong trường hợp có nhiều hạt cùng chuyển động lớn hơn so với svc can của

môi chất đối với hạt chuyển động đơn độc Ví dụ khi nồng độ thể tích của các hạt bụi

trong dòng khí đạt 2 //mỶ, sức cản của môi chất tăng lên 1%,

Giả thiết rằng các hạt bụi tập trung thành từng đám như đám mây có dạng hình cầu với đường kính ở, và cho rằng độ nhớt giữa các hạt trong đám mây đó cũng bằng độ nhớt

của môi chất, lúc đó sức cản sẽ được biểu diễn bằng biểu thức sau [20]:

F, = stud, | (5.27)

Giả thiết về sự bằng nhau của độ nhớt vừa nêu trên là thiếu cơ sở chắc chan, nhất

là khi trong đám mây bụi có nhiều loại kích thước hạt khác nhau Trong trường hợp đó các hạt bé sẽ bao bọc quanh các hạt lớn như là môi chất của hạt lớn đơớ và độ nhớt của

loại môi chất ấy cơ thể được xác định theo công thức:

trong do:

C - nồng d6 thé tich cua đám bụi - tỷ số giữa thể tích tổng cộng các hạt bụi và thể tích chung của đám may; hủ

œ - hằng số thực nghiệm Đối với hạt hình cầu œ = 9,5,

Khi nồng độ C có giá tš bé thì oông thức (5.28) có thể viết thành:

H, = wl + aC) (5.29)

Theo số liệu thực nghiệm của Hawksley và nhiều tác giả khác [20], sức cân trong

trường hợp chuyển động của nhiều hạt bụi thành đám có thể xác định theo công thức:

Fs = F( — C)465 = oF (5.30)

hoặc F, = F(l + 4,65C) = oF (5.31)

Vi du khi C = 0,002 m3/m3 thị z = 1,00935 và 6 = 1,0093 - tức tăng so với sức cản

đối với hạt đơn độc khoảng ~ 1% như trên đây đã nói đến

Trong trường hdp các hạt có tác dụng tương hỗ với nhau, ví dụ hốn hợp chất lỏng - vật liệu bột keo tụ thh

:

F(L — C)°6.875 (5.32)

F(1 + 6,875C) (5.33)

5.5 LANG CHIM CUA HAT TU DONG CHUYEN DONG ROI

Trên thực tế trong các thiết bị lọc bụi thường có chế độ chảy rối Nhiều nhà nghiên

cứu đều nhận thấy rằng vận tốc lắng chÌm của các hạt từ dòng chảy rối là cao hơn nhiều

so với vận tốc lắng chỉm mà người ta có thể có được từ việc đánh giá các lực hút trọng

trường, lực nhiệt, lực tỉnh điện, lực khuếch tán rối Brown cũng như các lực khí động khác

Ổ NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THÁI 21

Những hạt có kích thước quá bé không đủ sức quán tính để vượt qua lớp biên chảy

tầng thì cuối cùng cũng có thể vượt qua được nhờ hiện tượng khuếch tán rối

Từ phương pháp đồng dạng người ta thu được:

N,, - vận tốc lắng chìm của dòng hạt - số lượng hạt lắng trên đơn vị diện tích

trong đơn vị thời gian, l/m2.‹s;

u, - vận tốc trượt dọc theo trục;

C - nồng độ bụi - số hạt bụi trên đơn vị thể tích,

Ñ !lurC - biểu thị tỷ số giữa vận tốc ngang của hạt với vận tốc dọc trục; u,d/v = chuẩn số Re đối với hạt;

PgÍP? - khối lượng đơn vị tỷ đối (so với khí) của hạt bụi;

Dạ - Số đảo ngược của chuẩn số Schmit - thể hiện hiệu quả lắng chỉm do lực

khuếch tán rối Brown

Trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua ảnh hưởng của khuếch tán rối, lúc đó:

- vận tốc trung bình của dòng khí trong ống dẫn

Cường độ ma sát r„ còn có thể được xác định theo công thức gần đúng sau đây [20]:

Hệ số ma sát y trong cong thitc (5.40) được xác định theo biểu đồ hình 5.5

Ví dụ: Sol khí gồm những hạt bụi có kích thước (đường kính) 2,5 m, khối lượng đơn

vị của vật thể hạt bụi ø„ = 2600 kg/m (thạch anh vụn) Vận tốc chuyển động của dòng

„„ _1Y4RUHEVMESSđ0Á/0/61fERỤ, +.

22 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Hình 5.5 Biều đồ bệ số ma sát Ụ phụ thuộc vào &e

không khí u = 6 m/s Đường kính ống dẫn D = 500 mm Nhiệt độ không khí £ = 209C,

Xác định lượng bụi đọng trên thành ống

Trong khi những giọt chất lỏng, các phần tử khơi được hình thành từ qua trinh ngưng tụ của hơi có xu hướng mang dạng hÌnh cầu thì các hạt nhỏ được tạo ra trong các quá trình nghiền, đập, tán, kết tỉnh lại có hình dạng rất bất kỳ Bởi thế các phương trình lập được trước đây cho hạt hình cầu cần được hiệu chỉnh để áp dụng cho các hạt

có hình dạng khác :

Đối với hạt không phải hình cầu, kích thước của nó được biểu diễn bằng đường kính của hình cầu có cùng sức cản khí động như là với hạt đang xem xét khi chúng có cùng

khối lượng đơn vị Đường kính đó gọi là "Đường bính sức cản trực dối" và được sử dụng

để tính toán theo các phương trình đã lập cho hạt hinh cau

— Vận tốc chuyển động trong vùng chảy nhớt của hạt có hình dạng bất kỳ có thể được xác định từ vận tốc chuyển động của hạt hình cầu nhân với hệ số hiệu chỉnh K (khi Re

ôv - đường kính hạt hình cầu có cùng thể tích với hại xem xét;

ôc - đường kính hạt hình cầu cơ cùng bề mặt xung quanh của hạt xem xét Đối với hạt hình cầu K = 1

Đối với hạt hình 4 mat K = 0,670

- Hệ số sức cản đối với hạt không phải hình cầu co thể được xác định theo công thức

su:

4o, -p)gòỳ — 4p, — p) Boy

Bảng 5.4 Khối lượng đơn vị của hạt thuộc các chất khác nhau

Khối lượng Giá trị cực đại Giá trị trung bình của các cực tiều

x đơn vị ở dạng : CHất nguyên khối: | Khối lượng Đường kính hạt Khối lượng _ | Đường kính hạt

102 k ym3 don vi cua hat dum - don vi của hạt, ổ,um

24 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

nhà nghiên cứu khẳng định rằng độ nhám của hạt co anh hưởng đến "hành vi" của hạt

Ví dụ, hạt hình cầu nhãn khi chuyển động theo dòng khí với Re lớn thì không quay, trong khi đó các hạt cầu nhám - có quay,

Về khối lượng đơn vị của bụi: thoạt nhìn thì các hạt của cùng một chất là đồng nhất, nhưng thực ra chúng là một hỗn hợp chất kết tụ không đồng nhất Bằng thực nghiệm người ta đã khẳng định được điều nơi trên và kết quả thực nghiệm đối với một số chất

như sau (xem bảng ð.4)

5.7 LAY MAU BUI TU TRONG ONG DAN KHi

Phần lớn các phương pháp hiện đại phân tích thành phần cỡ hạt đầu bao gồm hai bước: lấy mẫu bụi từ dòng khí và tiếp theo là phân tích cỡ hạt trong môi chất lỏng hoặc

chất khí, Vi thấ khi thử nghiệm hiệu quả của thiết bị lọc bụi và xác định sự phân bố cỡ

hạt của bụi thực tế trong dòng khí, người ta mong muốn sử dụng những phương pháp nào không gây ra sự phân bố lại các cỡ hạt trong bụi Những thiết bị dựa trên cơ sở nêu _trên gồm có: máy phân tích kiểu va đập, máy phân cỡ hạt có xiclon con, máy phân tích

cỡ hạt kiểu thùng quay v.v

Ngày nay dựa vào các tính chất vật lý - hớa học của bụi, người ta có thể xác định được các thông số của bụi như phân cấp cỡ hạt, độ dẫn điện v.v ngay trong dòng khí bằng những dụng cụ đo điện tử hiện đại (hiện số) Tuy nhiên đa số các thông số khác của bụi vẫn phải đo bằng cách lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm - tức là nghiên

cứu trên loại bụi đã thu bát được ¬

Cần thấy rằng việc lấy mẫu đại diện của bụi trước thiết bị lọc là khá phức tạp vi

rằng độ phân cấp của bụi trước bộ lọc thường rất lớn, bụi phân bố không đều trên tiết

diện ngang của ống dẫn khí nên đòi hỏi phải xác định trường phân bố nồng độ bụi trên

tiết diện ống

Trong một số trường hợp, độ phân cấp cỡ hạt của bụi trước thiết bị lọc có thể được xác định bằng tổ hợp của số liệu phân tích mẫu bụi trên đường ống sau bộ lọc và mẫu

bụi lấy từ bunke thu bụi của thiết bị lọc

Bụi sau thiết bị lọc thường có cỡ hạt bé và độ phân cấp ít do đó có thể lấy mẫu ở một điểm nhất định nào đơ trên tiết diện của đường ống vÌ sự phân bố của bụi khá đều đặn (không phân tầng) Tuy nhiên việc lấy mẫu bụi đặc trưng trong bunke cũng là vấn

đề không đơn giản

Khi lấy mẫu bụi trên đường ống cần tuân thủ những yêu cầu sau đây:

a) Đầu ống lấy mẫu phải đặt song song với chiều chuyển động của dòng khí sao cho miệng ống lấy mẫu trực diện với dòng chảy, độ lệch không quá 59,

b) Vận tốc hút ở miệng ống lấy mẫu phải bằng vận tốc dòng khí trong đường ống,

chỉ cho phép độ sai lệch là: đại lượng thứ nhất lớn hơn đại lượng thứ hai không quá 10%

c) Mau bụi thu được phải đại diện được cho toàn cục, tức là độ phân cấp cỡ hạt cũng như nồng độ phải đúng bằng độ phân cấp trung bình và nồng độ trung bÌnh trên đường

ống

Ngoài ra, còn phải đảm bảo thêm hai yêu cầu bổ sung sau đây:

e Khối lượng bụi thu giữ được phải đủ để phân tích các tính chất cần nghiên cứu

Khi cần nghiên cứu đầy đủ toàn bộ các thông số của bụi thì lượng bụi cần thu phải là

800g

e Bộ phận lọc trong thiết bị lấy mẫu phải đảm bảo giữ được toàn bộ lượng bụi có mat trong dong khí đi qua với sai số không qua 3%

chạc tư v.v Độ dài của đoạn ống thang phải bằng 8 + 10 lần đường kính ống, trong đó

tiết điện đo phải nằm về phía 3/4 cuối đoạn ống Không nên lấy mẫu ngay sát sau quạt

khối, sau xiclon nếu ở đó không có bộ phận nắn thẳng dòng khí

Ưu tiên chọn đoạn ống đứng để lấy mẫu vì trên ống đứng sự phân bố bụi trên tiết diện ngang của ống đều đặn hơn so với trên ống ngang Trên ống ngang thì bao giờ ở đáy ống nồng độ bụi cũng cao hơn so với bên trên (do láng đọng) Đoạn ống lấy mẫu có tiết diện tròn tốt hơn tiết điện vuông, tiết diện vuông tốt hơn tiết diện chữ nhật Vận tốc dòng khí trong ống chỗ lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 4 m/s

Để kết quả-phân tích được chính xác, người ta chia tiết diện ống ra thành nhiều phần

cơ điện tích bằng nhau: tiết dién chữ nhật chia ô vuông hoặc ô chữ nhật, tiết diện tròn

- chia thành nhiều hình vành khăn đồng tâm (hình 5.6) Lấy mẫu ở nhiều diểm khác

nhau (theo các đấu chấm trên hỉnh vẽ) và số liệu phân tích được sẽ tính trung bỉnh Đối

với đường ống tiết điện tròn, số hình vành khan đồng tâm có diện tích bằng nhau được lấy như sau:

Đường kính ống, mm: 200 200+400 400+600 600+800 800+1000 1000

Số lượng hình vành

3 4 5 6 8 10 khăn:

- Hành S.6 Chia tiết diện ngang của ống dẫn khí thành nhiều phầu có diện tích bằng nhau đề lấy mẫu:

a- tiết diện chữ nhật; b- tiết diện tròn

26 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Đối với tiết diện tròn các điểm đo được chọn trên hai đường kính trực giao nhau của

tiết diện ống và nằm trên các cung tròn chia đều mỗi hình vành khán (kế cả lõi tròn ở giữa) ra thành hai phần diện tích bằng nhau

Khoảng cách l, thỏa mãn yêu cầu nêu trên được xác định theo công thức:

trong do:

# - bán kính của tiết diện tròn;

n - số hình vành khăn đồng tâm diện tích bằng nhau kể cả lõi tròn ở giữa;

¡ - số thứ tự của các hình đồng tâm từ trong ra ngoài

Trong thực tế đo đạc, để được tiện lợi người ta tính khoảng cách từ mặt trong của thành ống đến điểm đo để đánh dấu trên dụng cụ đo, tức là xác định các trị số x (hinh 5.6b):

D - đường kính của tiết diện tròn;

K, - hệ số - lấy theo bang 5.5

Đảng 5.5 Hệ số K, đề tính khoảng cách từ thành ống đến điềm đo lấy mẫu theo công thức (5.47)

k Số lượng các hình đồng tâm cùng diện tích

Quá trình lấy mẫu bụi từ đường ống dẫn khí mang bụi gồm các thao tác sau:

- Lấy một thể tích khí mang bụi;

- Thu giữ lượng bụi có trong thể tích khí lấy được bằng một thiết bị lọc bụi;

- Lấy bụi đã láng đọng trong thiết bị lọc bụi của dụng cụ lấy mẫu

tu ay mau €

khác nhau thay đổi (tháo lấp được) tùy theo yêu cầu

_ Đầu đo của dụng cụ lấy mẫu phải dam bảo tính chất khí động đồng nhất, tức là đảm

_bảo cân bằng giữa vận tốc hút của dau do v, vai vận tốc u của dòng khí bên trong ống:

Hình 5.7 Dòng khí đi vào ống hút lấy mẫu:

a) chế độ khí động đồng nhất u, = u; b) vận tốc hút ủạ, nhỏ hơn vận tốc u của dòng khí trong đường ống;

c) vận tốc hút 0, lớn hơn vận tốc 0 của dòng khí trong đường ống

đi lệch ra ngoài giới hạn của miệng ống hút, lúc đó một số hạt bụi có kích thước lớn do

có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động cia minh va lọt vào ống hút mẫu, như vậy mẫu khí lấy được sẽ có số hạt bụi cỡ lớn vượt cao hơn so với thực tế

Ngược lại, nếu vận tốc hút của ống lấy mẫu lớn hơn vận tốc dòng khí trong ống thì

bụi lớn không được hút vào ống làm cho số lượng hạt bụi cỡ lớn đo được Ít hơn so với

thực tế

Chỉ khi nào uạ = U thì nồng độ bụi đo được mới phản ánh đúng thực tế Chế độ hút lấy mẫu như vậy được gọi là "đẳng khí động" hoặc "khí động đồng nhất" sokinetic) - hình

5.7a

28 CO HOC vE BUI VA CAC PHEP DO BUI

Vin t3¢ khi lrong 64g đổn, m/š

Hình 5.8 Sai số đo nồng độ bụi trong điều kiện khí động không đồng nhất của đầu đu có đường

kính 25 mm

+ Đối với cỡ hạt bụi Ổ = 5 my; 2- Đối với cỡ hạt bụi ổ = !0 ¿m

Sai số về nồng độ bụi đo được do chế độ hút không "đẳng khí động" đã được Badzioch

5 đánh giá đối với vận tốc hút mẫu cố định U, = 7,6 m/s ứng với các trị số vận tốc khác

nhau của dòng khí trong đường ống và cỡ hạt bụi từ ð + 10 m của loại bụi có khối

lượng đơn vị p = 2000 kg/m (hinh 6.8) [20]

Theo số liệu của Staimand (1951) [43] thì sai số đo được thể hiện ở bang 5.6

Bang 5.6 Sai số đo trong điều kiện khí động không đồng nhất

Vận tốc dòng khí Nồng độ bụi đo được

Đường kính hạt bụi m | Vận tốc ống hút mẫu Nồng độ bụi thực tế

trong do:

C, C, - nồng độ thực tế của bụi trong đường ống và nồng độ do được;

0, 0, - vận tốc trong đường ống và trong ống đo hút mẫu;

p, - khối lượng đơn vị của bụi, kg/m};

- hệ số nhớt động lực của không khí trong đường ống, Pas;

D - đường kính ống do, m

5.7.3 Cau tạo đầu ống hút và dụng cụ lấy mấắu

Để đạt được chế độ hút đẳng khí động người ta sử dụng ống hút hình dầu đạn mà

trên đó người ta có thể điều chỉnh cho áp suất trong ống hút cân bằng với áp suất ngoài

ống hút - tức áp suất trong ống dẫn khí (hình 5.9) Hoặc cũng có thể do vận tốc dòng khí bằng ống Pitô ở gần miệng hút của ống lấy mẫu rồi điều chỉnh cho vận tặc hút bằng

vận tốc dòng khí “

Hình: 5.9 Ống hút mẫu bụi hình đầu đạn

Có hàng loạt cấu tạo khác nhau của dụng cụ lấy mẫu bụi trong đường ống

Hãng Luyện kim đen của Anh [20] chế tạo một số dụng cụ lấy mẫu bụi trong lò cao, ống khới v.v có cấu tạo rất đặc biệt: có bộ phận thu bụi bằng xiclon và lưới lọc nằm bên trong (gọi là lọc trong) hoặc bên ngoài (lọc ngoài) đường ống (hình 5.10) 7 Dung cụ lấy mẫu bụi trong đường ống thông dụng nhất là loại chỉ có lưới lọc và lắp ráp tùy theo trường hợp để có được loại lọc trong hay lọc ngoài (hỉnh 5.11) Ống đo có

thể được lấp từ nhiều đoạn, mỗi đoạn dài õ00 + 700 mm để cớ được độ dài cần thiết

Đường kính trong 8 mm, đường kính ngoài 37 mm Phần ống đo nằm bên ngoài ống dẫn khí được sấy nong bằng dây điện trở để chống đọng sương

30 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Hinh 5.10 Dụng cụ lấy mẫu bụi trong lò cao hoặc ống khói với xiclon và lưới lọ:

a) loại dụng cụ lấy mẫu lọc trong: xiclon và lưới lọc nằm bên trong đường ống khi / <- 30UĐC:

b) loại dụng cụ lấy mẫu lọc ngoài: xiclon và lưới lọc nằm Đến ngoài đường ống khi / > 30U°C;

L hộp chứa bụi; 2- xiclon con; 3- vỏ hộp lưới lọc; 4- mối liên kết; 5- bộ gá dụng cụ lấy mẫu vào thành ống dẫn; 6- thân ống lấy mẫu; 7- ốc siết đính vị; 8- thành ống dẫn khí; 9- vị trí lắp đầu hút mẫu;

I- vị trí lắp xiclon khi không dùng lưới lọc; II - vị trí nối vào máy hút khi không dùng lưới lục

5.7.4 Bộ phận lọc của ống lấy mẫu

Bên trong vỏ bộ phận lọc của đầu đo theo phương pháp lọc trong có lắp một cáctút của đạn súng sản cỡ 12 mm, ở đáy có khoan 8 + 12 lỗ đường kính 1,2 mm Trong các tút có chứa vật liệu lọc - bông thủy tỉnh đến độ cao 1/3 cáctút Bên trên lớp bông thủy tỉnh có lấp một tấm lưới kim loại với mát lưới 200 + 300 m, bên dưới lớp bông thủy tỉnh là lớp vải lọc Khi nhiệt độ khí lớn hơn 150°C, lép vải lọc được thay thế bằng giấy lọc Bazan chịu được nhiệt độ đến 5009°C, Lớp vải lọc dưới lớp bông thủy tỉnh có tác dụng như lớp lọc tỉnh sau lớp lọc thô để lọc các hạt bụi bé

Khi lấy mẫu bụi (khí mang bụi) bằng phương pháp lọc ngoài có thể dùng lớp lọc bằng giấy hoặc vải

Tuy nhiên, những loại lớp lọc này rất chóng bị tác bởi bụi và sức cản tăng quá' giới hạn cho phép Do đó cần phải thay lớp lọc nhiều lần khi lấy mẫu (nếu cần lấy ~ 500g -

Hình 5.11 Dụng cụ lấy mẫu bụi trong đường ống chỉ dùng lưới lọc:

a) lắp rap theo dạng lọc ngoài, b) lọc trong; c) đầu ống hút

| - vi trí lắp đầu ống hút; 2 - cút tròn 909; 3- các đoạn ống tháo lấp được, 4- thân ống đo; 5- vỏ ngoài; 6- bộ

sấy; 7- đệm; 8- hộp lưới lọc; 9- vật liệu lọc; I0- cáctút lọc

cần phải thay lớp lọc vài chục lân) và điều đó dẫn đến việc làm thất thoát một lượng

đáng kể các hạt bụi rất mịn, vì những hạt bụi này khó có thể lấy ra được triệt để từ các

lõ hổng mao quản trong lớp lọc

Cơ thể lắp hệ thống lọc của dụng cụ lẫy mẫu bụi gồm hai bộ phận nối tiếp nhau: một xiclon con ở phía trước và lớp phin lọc ở phía sau Xiclon con dùng để giữ lại các hạt bụi

thô còn lớp phin lọc dùng để giữ lại các hạt bụi bé theo kiểu cấu tạo tương tự như đã

cho ở hình 5.10 Xiclỏn có thể làm việc khi nhiệt độ khí bên trong đường ống lên đến

850°C (hình 5.12)

Ống lấy mẫu bụi trong khơi thải ở nhiệt độ nhỏ hơn 400°C có thể chế tạo bằng thép thông thường, nhưng ở nhiệt độ cao hơn phải dùng đồng hoặc thép không gì để chống oxy hóa Dé chống oxy hớa người ta còn tim cách giảm nhiệt độ bằng đầu hút mẫu có

bao nước làm nguội

5.7.5 Sơ đồ lắp đặt hệ thống dụng cụ lấy mẫu bụi trong đường ống

Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ lắp đặt hệ thống lấy mẫu bụi trong đường ống khác nhau Chúng tôi xin nêu ra đưới đây một số sơ đồ thông dụng nhất đã được áp dụng có

hiệu quả trong khí thải công nghiệp (hình 5.13 đến 5.15)

oA PEELS RR ca

32 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Hình 5.12 Cấu tạo của xiclon (a) và lưới lọc (b, c) của dụng cụ lấy mẫu bụi trong đường ống

b) phin lọc bằng giấy; c) phin lọc bằng vải:

l- đầu nối điện, 2- lớp vải/giấy lọc; 3- dây điện trở sấy nóng; 4- nút đậy; 5- vỏ hộp lọc; 6- cách nhiệt

5.7.6 Lấy mấu

Sau khi chọn được đoạn ống lấy mẫu cần đánh dấu tiết diện nơi tiến hành đo, hàn các ống ngắn vào thành ống dẫn để lấp đầu đo và láp ráp hệ thống lấy mẫu theo sơ đồ

thích hợp Tiếp theo cần xác định thành phần hóa học của khí trong ống dẫn; đo nhiệt

độ, độ ẩm và vận tốc tại các điểm đo trên tiết diện đã chọn

Khi lấy mẫu bằng đầu đo lọc ngoài cần cắm điện để sấy nóng ống đo và bộ phận lọc

từ 10 đến 15 phút trước khi đo

Ống đo được định vị trên tiết diện đo của ống dẫn sao cho đầu do nam dung vi tri

cần đo và mũi đầu đo hướng trực diện dòng khí chuyển động trong ống

Tại mỗi vị trí đo (lấy mẫu) trong suốt quá trình đo cần giữ cố định lưu lượng hút Thời gian lấy mẫu đài ngắn phụ thuộc vào nồng độ bụi của khí trong ống dẫn, loại thiết bị lọc, lưu lượng khí, công suất của thiết bị hút khí lấy mẫu Dấu hiệu để thay thế

lớp lọc trong đầu đo là sức cản khí động của dụng cụ đo lên đến 20 kPa (150 mmHg)

Hình 5.13 Sơ đồ lắp đặt hệ thống lấy mẫu bụi trong đường ống theo phương pháp lọc ngoài bằng

xiclon và lưới lọc (a) va loc trong bằng lưới lọc (b):

L- đầu hút mẫu thay đôi được; 2- ống lấy mẫu; 3- áp kế chứ U; 4- ống nối niềm; 5- xiclon coh; 6- cactut lọc; 7- nhiệt kế; 8- hình chứa nước ngưng, 9- lưu lượng kế; 10- van điều chỉnh lưu lượng; 11- máy hút khí;

Hình 5.14 Sơ đồ hệ thống lấy mẫu bụi với thiết bị làm nguội bằng nước:

I- đầu hút mẫu, 2- áp kế chữ U; 3- cáctút lọc bằng vải, 4- thiết bị làm nguội bằng nước; 5- đồng hồ đo lưu

lượng khí; ó- nối vào máy hút khí (máy hút chân không)

3-ONKK

34 CO HOC VE BUI VÀ CAC PHEP DO BUI

Khi lấy mẫu bằng

được tiến hành như

trên Mỗi lần thay lớp

phin lọc, cần thận

Mình 5.15 Hệ thống thử nghiệm hiệu quả của thiết bị lọc bụi:

L quạt hút lấy mẫu, 2- đầu ống hút mẫu ® = 30 mm; 3- tấm ngăn duc 16

trọng rút ống do ra (diafrac) dé do chênh lệch áp suất/lưu lượng; 4- áp kế chữ U; Š- túi lục chứa

khỏi ống dẫn khí, bụi 6- nhiệt kế; 7- đầu ống do; 8- đo chênh lệch áp suất trước và sau thiết bị

không động mạnh để lọc bụi; C và C;- nồng độ bụi trước và sau bộ lục cần đo

bụi khỏi bị giủ ra và

bay trở lại vào,ống dẫn Khi rút xong đầu đo ra khỏi đường ống cần tất máy hút

Sau khi kết thúc quá trình đo, người ta giũ, chải sạch bụi từ trong xiclon, phin lọc

và đựng bụi trong phong bì bằng giấy can rồi cho vào hộp nhựa hoặc thủy tỉnh có nắp đậy kín tránh cho mẫu bụi khỏi bị ngấm ẩm Phải cố gắng chải hết bụi thu được trong

phin lọc, tránh làm bốc bụi gây thất thoát

Lượng bụi được xác định bằng phương pháp cân cùng với các lớp vật liệu lọc trước

và sau khi lấy mẫu

Một phương pháp khác để thu bụi đọng lại trên lớp lưới lọc là sử dụng loại giấy lọc

Để đếm hạt bụi cũng như phân loại bụi theo kích thước cỡ hạt người ta có thể dùng

phương pháp hòa và láng bụi trong chất lỏng (thường là

nước cất - rửa lớp lọc trong nước, sau đó lắng trong hoặc

cho bốc hơi)

Trong trường hợp vì lý do nào đó không thể lấy mẫu bụi từ đồng khí trong ống dẫn, người ta phải lấy mẫu bụi di -

đã thu giữ được trong thiết bị lọc - trong bunke chứa bui

- để nghiên cứu Bụi tích tụ trong bunke co thể kéo dài A

suốt thời gian hoạt động của thiết bị Trong thời gian do — chế độ công nghệ của nguồn sản sinh ra bụi có thể không

ổn định hoặc bị thay đổi, nguyên liệu sử dụng có thể ——

không đồng nhất v.v Do đố lượng bụi tích tụ được trong ate

bunke của thiết bị lọc sẽ không đồng nhất theo chiêu cao

và theo các vùng khác nhau trong bunke Vì vậy để được |

đại điện cho loại bụi cần nghiên cứu, cần tiến hành lấy

mẫu ở độ cao khác nhau của bunke và cố gắng phân bố vị trí lấy mẫu đều khấp trên mặt cát ngang của nó Dụng cụ

lấy mẫu bụi trong bunke được thể hiện ở hình 5.16

5.8 LAY MAU BỤI TRÔNG KHÔNG KHÍ XUNG QUANH

5.8.1 Đo nồng độ bụi lơ lửng

Dụng cụ lấy mẫu gồm: đầu hút mẫu, đồng hồ đo lưu lượng với sai số không quá +5%; máy hút khí, đồng hồ bấm giây, panh gắp giấy lọc (bằng kim loại không gi, bằng nhựa hoặc bịt nhựa, không có răng hoặc mấu)

Trên hình 5.17 là sơ đồ cấu tạo

đầu hút mẫu bụi trong không khí

xung quanh

Đầu hút mẫu được bố trí ở độ

cao 1,5 m trén mat dat, noi trống

thoáng, không bị vật cản che chắn

Góc tạo thành giữa đỉnh của vật

cản với điểm đo và mặt nằm ngang \

không vượt quá 30° Sơ đồ lắp dat

hệ thống hút mẫu bụi được thể hiện |

ở hình 5.18 | ’

Thể tích khí cần hút qua lớp l

giấy lọc phải đâm bảo sao cho lượng

bụi thu được trên giấy lọc không Hie’ š.17 Đầu hút mẫu bụi trong không khí xung quanh:

dưới 10 mg, đồng thời lưu lượng + lớp giấy lọ; 2- thân hình phốu, 3- nắp chặn lớp giấy lọc;

không khí đi qua 1 đơn -° điện tích 4- nắp bảo vệ

36 CÓ HỌC VỀ BỤI VÀ CÁC PHÉP ĐO BỤI

Thời gian lấy

mẫu kếo dai

giờ) Với mẫu 30

“2 “4 ANALY AN AAAS ANA

phat thi cu 3 Hình 5.18 Hệ thống hút mẫu bụi lơ lửng trong không khí xung quanh:

phút ghi giá trị } đầu hút mẫu; 2- hộp lọc bụi; 3- lớp giấy (vai) loc; 4- bình lọc bụi sục nước; 5- đồng

lưu lượng một

lần Mẫu 24 giờ

thì ghi lưu lượng từng giờ

hồ đo lưu lượng khí; 6- máy hút khí

5.8.2 Đo bụi lắng dong trên mặt đất

Bui lang đọng trên mặt đất được phân biệt thành hai loại: bụi lắng khô từ môi trường

không khí xung quanh nơi chung và bụi lắng tổng cộng ở bên ngoài các xí nghiệp công nghiệp

a) Đo bụt lãng khô

Dùng khay hứng bụi - đường kính

em? (hinh 5.19)

trong cua khay: D = 85 mm - dién tich S = 57

Khay hứng được đặt ở độ cao l,jỗ m hoặc 3,5 m trên mặt đất, nơi trống thoáng, không bị vật cản che chắn tương tự

như vị trí đặt đầu hút mẫu bụi trong

không khí xung quanh đã trình bày:

trên đây

Thời gian hứng không ít hơn 24

giờ và không quá 7 ngày Trước khi

hứng, đáy khay được bôi một lớp

vazolin và cân Lượng bụi lắng đọng

được biểu diễn theo đơn vị g/m2.ngày

hoặc mg/m?ngày (chi tiết có thể

Ô NHỄM KHÔNG KHÍ VÀ XỦ LÝ KHÍ THAI 37

phẳng, đường kính trong không dưới 12 em, chiều cao

từ 2 lần đường kính miệng trở lên, dung tích đủ để

cơ thể chứa lượng mưa hàng tháng nếu có Bình hứng

cá thể làm bằng thủy tinh, kim loai không gÌ hoặc

nhựa Nút bình hứng được nối thông với phéu hứng ở

phía trên, đồng thời có ống uốn cong thông ra không

khí xung quanh để thoát được không khí trong bỉnh

mà không bị nước mưa lọt vào Trên phễu hứng có

vành lưới hình phếu để bảo vệ không cho chim chóc

Khay hứng được đặt ở độ cao 1,25 m trên mặt

đất ở nơi thoáng trống không bị nhà cửa, câz cối che

chắn Trước khi hứng bụi người ta cho vào bình 250

mÌ nước cất và 2 + 4 ml hớa chất chống tảo (clorua

benzol, sunfat đồng ) -

Thời gian lấy mẫu 10 ngày hoặc | tháng (30 ngày) — Hmìan 5.20 Bình hứng bụi tông cộng

- Đo bụi không hòa tan bằng cách lọc qua phéu

lọc bằng thủy tỉnh xốp, sấy khô ở 105°C rồi cân với độ chính xác 0,1 mg,

- Do bụi hòa tan bằng cách cho bốc hơi toàn bộ nước có trong bình (kể cả nước trắng

phéu, bình ), sấy khö ở 10B9C rồi cân

Lượng bụi lắng tổng cộng được tính theo đơn vi g/m?.thang hoặc mg/m?.thang

5.9 BO BO DEN CUA KHOI

Khối thải từ các quá trình đốt nhiên liệu có màu sac khác nhau phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tế:

- Do hơi nước - khối có màu trắng đục;

- Do các chất hyđro cacbon dạng khí hoặc hạt chất lỏng - khơi có màu vàng nâu hoặc

đen;

- Do bụi than chưa cháy hết hoặc muội khói - màu đen như mực;

- Do bụi khoáng trơ - màu khác nhau từ xám sáng đến đen sẫm, trường hợp than

nghiền - màu vàng úa

Ngoài ra, màu của khới còn phụ thuộc vào chính bản thân khói: độ tập trung hay

phân tán do khuếch tán nhờ gió, màu sắc bầu trời

Vậy màu khơi nói lên điều gì ?

Màu khơi đen chứng tỏ một cách rõ ràng là quá trình đốt kém chất lượng, kém hiệu

quả: trong khói có chứa nhiều bụi than chưa cháy hết hoặc nhiều muội, mồ hóng

Màu khói xám hoặc trắng đục - trong khơi có chứa hơi nước - thành phần vô hại không thể thiếu được trong khơi, nhưng cũng có thể chứa nhiều tro bay - gây phiền toái cho môi trường xung quanh

Màu khơi trong suốt - nơi chung chứng tỏ quá trỉnh cháy tốt Nhưng chỉ tiêu đó chưa phải là toàn diện và triệt để bởi vì trong khới có nhiều loại khí độc hại không màu sắc như CO, SO., HạŠ v.v

38

Mac du vay, mau khối vẫn được xem

là một chỉ tiêu đánh giá mức độ gay ô `

nhiễm môi trường của khơi thải Ò Mỹ

người ta quy định trong thành phố khơi

thải không duc cd mau sim hơn một

mức qui định nào đớ [20]

Paương pháp đo màu khơi được úp

dung phố biến là so màu theo thang do

Ringlemann [48]

Tanng màu Ringlemann được làm

bang cdc tim bia nần trắng co kẻ lưới ö

vuông màu đạn (ích thước ö vuông tính

từ tím dường kả là 10 x 10 mm), Tùy

thuộc theo độ lớn của đường kẻ, người ta

phản biệt thành sáu cỡ màu khác nhau

thình 5.21):

Số 0 - Tấm bìa trắng hoàn toàn

Số 1 - Phan đen chiếm 202 diện tích

Số 2 - Phần đen chiếm 402 điện tích

36.3 - Phần den chiếm 60% diện tich

Số 4 - Phan đen chiếm 80Z diện tích

Số ð - Phần đen chiếm 1002 diện tích

Người quan sát đứng càng gần càng

tốt trước nguồn thải khối, cố gắng chọn

vị trÍ quan sát sao cho trục đường khói

trực giao với hướng nhìn và có ánh sáng

mặt trời chiếu từ phía sau Các tấm bìa

được đặt trên tầm mắt của người quan

Như đã nơi đến trong chương 1, bụi hô hấp là bụi cớ kích thước hạt dưới 10 um va

do kích thước bé, chúng thâm nhập sâu vào tận các nang phổi của hệ thống hô hấp, gây

tác hại nghiêm trọng nhất đối với sức khỏe con người

Để đo nồng độ bụi hô hấp trong không khí xung quanh cũng như trong vùng làm

việc của nhà xưởng, người ta sử dụng thiết bị hút mẫu bụi 8 tầng, mỗi tầng ứng với một cấp lọc đối với cỡ bụi từ lớn đến bé (cỡ mắt lưới lọc tương ứng) tương tự như những cỡ bụi bị giữ lại trên các đoạn khác nhau từ ngoài vào trong của đường hô hấp: cỡ bụi 9 +

10 „m có thể bị giữ lại ở đoạn đầu của đường hô hấp - tương ứng với tang s6 0, còn cỡ 0,4 + 0,6 wm thâm nhập vào sâu tận các không gian thở của phổi - tướng ứng với tầng

số 7 (hinh 5.22),

Hình 5.22 Thiết bị đo nông độ bụi hRỗ hấp trong không khí xung quanh (dạng balé deo vai dé do)

Sau khi hut md4u, ngudi ta ghi thdi gian do, luu lugng không khí hút qua thiết bị và

cân lượng bụi thu được ở các tầng lọc Từ đớ xác định nồng độ cũng như độ phân cấp cỡ

hạt của bụi hô hấp trong môi trường không khí nơi tiến hành đo đạc và đối chiếu với tiêu chuẩn cho phép

5.11 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG ĐỚN VỊ (KLĐV) CỦA BUI

Người ta phân biệt các loại klđv của bụi như sau:

- Khối lượng đơn vị thật: klđv của bụi không có lỗ hổng

- Rhối lượng đơn vị biểu kiến: kldv của bụi kể cả các lỗ hổng kín

- Khối lượng đơn vị của bụi: klđv của bụi bao gồm cả 16 hổng kín và hở

- Khối lượng đơn vị đổ đống: klđv của bụi đổ tự đo vào một dung tích (đồ đựng) nào đó

- Khối lượng đơn vị đổ đống có dồn lác

vật liệu bụi (vật liệu trước khí nghiền) Còn bụi trong khí thải công nghiệp được hình thành từ các quá trình đốt nhiên liệu, vê viên, sấy khô v.v thường có những lỗ hổng kín mà hiện nay chưa có cách nào để đuổi khí ra khỏi lỗ hổng kín đó - Đối với loại bụi này kldv của nó chính là kldv biểu kiến

Cơ nhiều phương pháp khác nhau để xác định klđv của bụi; sau đây ta nghiên cứu

một số phương pháp đơn giản phổ biến nhất

Phương pháp này dựa trên cơ SỞ thể tích chiếm chỗ của một lượng bụi trong chất

40 CO HOC VE BUI VA CÁC PHÉP ĐO BỤI

Chất lỏng sử dụng ở đây là loại chất lỏng không có phản ứng với bụi đang nghiên ; cứu Tuy theo tinh chất của bụi mà người ta chọn loại chất lỏng phù hợp Ví dụ:

Vật liệu bụi Chất lỏng Almaz Nước cất

Nhôm Nước cất, rượu etylic

Oxit nhôm Nước cất, rượu etylic

Apatit Axeton

Acxenat Nước cất

Đồng Xyclohexanon Soi khoáng Xyclohexanon

Thạch cao Rượu etylic Đất sét Nước cất

Cách tiến hành (hình 5.23): dùng bình đựng - lọ thủy tỉnh có chia độ - tỷ trọng kế, cho bụi vào lọ, đổ chất lỏng vào lác đều, cân bình dựng trước và sau khi đổ bụi, đổ chất

lỏng ở nhiệt độ như nhau (209C + 0,5°C), hut chan khong dé lấy hết bọt khí trong khối

" ` cm” Bình có cỗ cao đề khi hút chân không, nước và bụi không bị

trị trung bÌnh với méi lan trong cuốn theo: 2- kẹp (khóa) điều chỉnh; 3- ống cao su thành dày (đề

Đối với một mẫu bụi cần

tiến hành nhiều lần và lấy giá