Tài liệu Tài liệu giảng dạy: Kỹ thuật môi trường đại cương (Chương 2) doc

Phương pháp đốt được ứng dụng trong công nghệ đốt nhựa phế thải, đốt bùn hoạt tính d9 2.3 PHÁT TÁN Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ Việc xử lí khí thải đạt đến nồng độ cho phép trong môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG

***

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 2 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2006

MỤC LỤC

Chương 2 Kiểm soát ô nhiễm không khí 1

Tài liệu tham khảo 54

MỤC LỤC 1

CÁC BẢNG 2

Các hình 2

1 2 2 CHƯƠNG 2 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 3

2.1 Chiến lược và kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí – hiệu quả dài hạn 3

2.2 giảm thiểu chất thải 5

2.2.1 Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn 5

2.2.2 Quá trình cháy và vấn đề môi trường 7

2.3 Phát tán ô nhiễm trong không khí 13

2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí 13

2.3.2 Phân loại nguồn ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất 15

2.3.3 Các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí 17

2.4 Các phương pháp xử lí khí thải 27

2.4.1 Các phương pháp xử lý bụi 30

2.4.2 Các thiết bị xử lý khí, hơi 48

CÁC BẢNG

Bảng 1 Phân cấp ổn định của khí quyển theo Turner 25

Bảng 2 Các hệ số a, c, d, f của công thức Martin 25

Bảng 3 Bảng tính hệ số phát tán theo công thức Martin 26

CÁC HÌNH Hình 1 Ghi nghiêng 11

Hình 2 Lò đốt tầng sôi 11

Hình 3 Hệ thống đốt thùng quay 12

Hình 4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán ô nhiễm trong không khí 14

Hình 5 Phân loại phương pháp và thiết bị xử lí khí thải 28

Hình 6 Buồng lắng bụi 30

Hình 7 Buồng lắng bụi quán tính 31

Hình 8 Thiết bị lắng bụi quán tính 31

Hình 9 Thiết bị lá xách 31

Hình 10 Kết cấu của xyclon đơn 32

Hình 11 Dòng vật chất trong xyclon 32

Hình 12 Xyclon có cánh hướng dòng 33

Hình 13 Các dạng xiclon cơ bản (theo dòng khí) 33

Hình 14 Nhóm xyclon 34

Hình 15 Xiclon tổ hợp 34

Hình 16 Thiết bị thu bụi kiểu gió xoáy 35

Hình 17 Máy hút bụi 36

Hình 18 Thiết bị lọc tay áo 37

Hình 19 Các cách phân bố dòng khí qua lớp vải lọc 38

Hình 20 Thiết bị lọc bụi với lớp hạt vật liệu rời chuyển động 39

Hình 21 Tháp rửa khí trần 40

Hình 22 Thiết bị rửa khí đệm 41

Hình 23 Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động 42

Hình 24 Thiết bị rửa khí sủi bọt 43

Hình 25 Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính 44

Hình 26 Tháp rửa khí ventury 45

Hình 27 Thiết bị thu bụi ướt 45

Hình 28 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống 46

Hình 29 Các dạng điện cực 47

Hình 30 Thiết bị hấp thụ dạng đệm 49

Hình 31 Sơ đồ thiết bị xử lí khí thải công nghiệp bằng nhiệt 53

1

2 CHƯƠNG 2 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

2.1 CHIẾN LƯỢC VÀ KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ – HIỆU QUẢ DÀI HẠN

Trong gần 20 – 30 năm nay, hoạt động của con người thải nhiều chất ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn tới việc làm thủng tầng ozon, tăng hiệu ứng nhà kính, tăng thiên tai lũ lụt, các bệnh về đường hô hấp cũng tăng lên một cách nghiêm trọng Trước tình hình đó “Nghị trình thế kỷ 21“ (do Hội nghị môi trường và phát triển của Liên Hiệp Quốc họp tại Rio de Janairo Braxin ngày 3 – 14 tháng 6 năm 1992 thông qua) đã kêu gọi cần quan tâm hơn đến những chất có thể làm thay đổi khí hậu, làm ô nhiễm không khí và phá vỡ tầng ozon Đồng thời, đặt ra một loạt các bước hành động để bảo vệ tầng không khí như:

• Sử dụng nguồn năng lượng ít ô nhiễm và có hiệu quả hơn để sản xuất, vận chuyển, phân phối và sử dụng, giảm bớt các ngành năng lượng ảnh hưởng có hại đến khí quyển; thúc đẩy việc mở mang, nghiên cứu và chuyển nhượng, sử dụng những kỹ thuật cao có liên quan và phương pháp thực dụng, chuyển sang sử dụng một hệ thống nguồn năng lượng vô hại mới

• Thông qua việc nâng cao tài nguyên công nghiệp và hiệu suất sử dụng tổng hợp vật liệu, áp dụng kỹ thuật phòng chống ô nhiễm, dùng chất thay thế chất tiêu hao tầng ozon, mở mang kỹ thuật và công nghệ sản xuất sạch, giảm bớt các chất phế thải, tăng cường việc giám sát các chất ô nhiễm vượt qua biên giới tầng khí quyển, hạn chế công nghiệp ô nhiễm và ảnh hưởng có hại của nó đối với khí quyển

• Xúc tiến việc sử dụng tài nguyên lục địa và đại dương đồng thời sử dụng hợp là đất đai, giảm bớt sự ô nhiễm không khí hay hạn chế con người thải ra các khí thải nhà kính, bảo vệ tính đa dạng của sinh vật, để tăng cường năng lực của hệ thống sinh thái chống lại sự biến đổi của khí hậu và ô nhiễm tầng khí quyển

Nhìn chung, chúng ta cần có các biện pháp tổng hợp, thực hiện đồng thời nhiều biện pháp từ giáo dục quảng đại nhân dân, thực hiện luật, nghị định và các quy chế bảo vệ môi trường, quản lý xã hội, đến việc đầu tư kinh phí và áp dụng các biện pháp kỹ thuật thích đáng mới có thể phòng ngừa được ô nhiễm và bảo vệ môi trường

• Quản lý nhà nước, pháp luật

¾ Nhà nước ta ban hành Luật bảo vệ môi trường và nhiều văn bản dưới luật về bảo vệ môi trường Ở nước ta đã thành lập các cơ quan chuyên trách về quản lý môi trường, các tổ chức thanh tra và kiểm soát bảo vệ môi trường, đang hình thành mạng lưới quan trắc môi trường và báo động kịp thời về tình trạng ô nhiễm quá giới hạn cho phép cho các cơ quan quản lý và cho nhân dân biết Đó là cơ sở pháp lý và tổ chức nền tảng rất quan trọng để bảo vệ môi trường

¾ Mối quan tâm của nhà sản xuất là lợi ích kinh tế đến mức họ có thể quên đi những tác hại đối với môi trường, với sức khẻ con người Vì vậy cần phải tiến hành việc kiểm soát, đăng ký các nguồn gây ô nhiễm môi trường (chất thải, hìnht hức thải, biện pháp phòng tránh, ứng cứu sự cố) và áp dụng các biện pháp xử lý đối với các đơn vị vi phạm, khuyến khích đầu tư và áp dụng các công nghệ sản xuất sạch hơn Đăng ký nguồn chất thải sẽ giúp các cơ quan quản lý có thể kiểm soát chặt chẽ

nhöõng chaât thại, ñoăng thôøi thuùc ñaơy caùc cô sôû sạn xuaât töï aùp dúng mói bieôn phaùp xöû lyù ođ nhieêm mođi tröôøng, töï kieơm soaùt mođi tröôøng, hán cheâ gađy ođ nhieêm

¾ Kieơm soaùt chaịt cheõ caùc phöông tieôn giao thođng veă soâ löôïng, chaât löôïng phöông tieôn vaôn chuyeơn, quy hoách ñöôøng giao thođng cuõng seõ hán cheâ nán ođ nhieêm mođi tröôøng khođng khí

¾ Quy hoách ñođ thò vaø caùc khu cođng nghieôp

ƒ Ñaùnh giaù hieôn tráng ođ nhieêm mođi tröôøng, thieât laôp bạn ñoă phađn boâ chaât ođ nhieêm töøng ñòa phöông, khu vöïc laøm caín cöù ñeơ quạn lyù mođi tröôøng Tređn thöïc teâ, phaùt trieơn ñođ thò vaø sạn xuaât luođn luođn thay ñoơi neđn caăn ñieău chưnh vaø boơ sung ñònh kyø caùc soẫ lieôu ñieău tra cô bạn vaø hieôu chưnh caùc bạn ñoă ođ nhieêm theo thöïc teâ

ƒ Boâ trí maịt baỉng ñođ thò vaø khu cođng nghieôp döïa tređn cô sôû hieôn tráng mođi tröôøng vaø döï baùo taùc ñoông mođi tröôøng cụa döï aùn Phại coù vuøng caùch li veô sinh cođng nghieôp (vuøng ñeôm) giöõa caùc khu dađn cö vaø khu cođng nghieôp, ñạm bạo mođi tröôøng khođng khí xung quanh khu dađn cö khođng bò ođ nhieêm

ƒ Troăng cađy xanh ñeơ giạm böùc xá nhieôt, giạm nhieôt ñoô khođng khí, taíng ñoô aơm vaø

laøm trong sách mođi tröôøng khođng khí

• AÙp dúng caùc kyõ thuaôt bạo veô mođi tröôøng

Coù ba phöông phaùp bạo veô mođi tröôøng khí quyeơn caăn ñöôïc thöïc hieôn ñoăng thôøi laøø giạm thieơu chaât thại nhôø hoaøn thieôn cođng ngheô, maùy moùc thieât bò vaø taôn dúng chaât thại; xöû lyù khí thại; phaùt taùn chaât thại vaøokhí quyeơn qua oâng khoùi cao

¾ Giạm thieơu khí thại

Ñeơ giạm ođ nhieêm khođng khí do chaât thại cođng nghieôp ta caăn hoaøn thieôn caùc quaù trình cođng ngheô, bạo ñạm ñoô kín tuyeôt ñoâi cho caùc thieât bò, öùng dúng phöông phaùp vaôn chuyeơn vaôt lieôu trong oâng daên khí baỉng khí neùn vaø xađy döïng caùc heô thoâng xöû liù

Phöông höôùng hieôu quạ nhaât ñeơ giạm chaât thại laø saùng laôp caùc quaù trình cođng ngheô khođng thại, trong ñoù öùng dúng caùc doøng khí kheùp kín

¾ Xöû lyù chaât thại

Cho ñeân nay, phöông tieôn cô bạn ñeơ giại quyeât chaât thại ođ nhieêm vaên laø nghieđn cöùu vaø öùng dúng caùc heô thoâng hieôu quạ laøm sách khí Keât quạ cụa vieôc xöû lí laø phại thu ñöôïc khí ñát tieđu chuaơn chaât löôïng mođi tröôøng vaø chaât ñoôc hái phại ñöôïc xöû lí trieôt ñeơ Do ñoù xöû

lí khí thại ñöôïc hieơu laø moôt quaù trình sạn xuaât maø nguyeđn lieôu laø khí bò ođ nhieêm, coøn sạn phaơm phại laø khí sách vaø chaât ođ nhieêm ñöôïc thu ôû dáng thaønh phaơm coù theơ öùng dúng tröïc tieâp hoaịc laøm nguyeđn lieôu cho moôt quaù trình cođng ngheô khaùc hoaịc ñöôïc chuyeơn sang dáng khođng ñoôc Chaât ođ nhieêm ñaõ taùch khoûi doøng khí ñi chuyeơn thaønh dáng khaùc (loûng hay raĩn) deê kieơm soaùt hôn, traùnh lan truyeăn trong mođi tröôøng

¾ Phaùt taùn ođ nhieêm

Chaât ođ nhieêm ñaõ ñöôïc giạm löôïng phaùt thại vaø xöû lyù ñát ñeân möùc ñoô cho pheùp thại Sau ñoù, khí thại caăn ñöôïc phaùt taùn toât ñeơ bạo ñạm chaât löôïng khođng khí ôû saùt maịt ñaât khođng bò ođ nhieêm Trong phöông phaùp naøy, löôïng chaât ođ nhieêm phaùt thại khođng giạm maø

chỉ là được pha loãng trong không khí nhằm tránh gây tác hại cho con người và môi trường xung quanh

2.2 GIẢM THIỂU CHẤT THẢI

2.2.1 Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn

Giảm thiểu chất thải là giảm chất ô nhiễm cần phải xử lý đi vào dòng chất thải, nhằm làm giảm bớt chi phí xử lý, giảm mối nguy hiểm không chỉ về số lượng mà còn cả đặc tính

ô nhiễm của chúng đối với sức khoẻ cộng đồng và môi trường

Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn tự nhiên (núi lửa phun, cháy rừng, gió bão…) giảm thiểu ô nhiễm không thể thực hiện được hay hiệu quả rất thấp, mà con người chỉ đối phó với sự ô nhiễm bằng cách che chắn hoặc tránh xa khu vực chịu ảnh hưởng của khí ô nhiễm

Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn nhân tạo, con người có khả năng giảm thiểu sự phát thải ô nhiễm Các giải pháp như sau

2.2.1.1 Giải thiểu ô nhiễm do giao thông vận tải

Đối với nguồn ô nhiễm không khí do giao thông việc xử lý có khó khăn Do đó, giảm thiểu chất ô nhiễm là một phương án hiệu quả Các biện pháp thực hiện là

• Nâng cao chất lượng đường giao thông sẽ giảm được bụi bốc lên khi có xe lưu thông, giảm sự bào mòn lốp xe trên mặt đường và sinh bụi Giảm số lần dừngxe và tăng tốc độ xe sẽ giảm lượng phát thải khí ô nhiễm

• Áp dụng phương pháp vệ sinh đường phố đúng, bụi được thu gom

diesel bằng hỗn hợp 40% metan (CH4) và khí hóa lỏng (LG) Hiện nay, người ta đang chú ý đến các nhiên liệu mới là metanol, etanol, khì tự nhiên, propan và hydro

• Nâng cao chất lượng động cơ Sử dụng xe có tiếng ồn dưới 70 dB, dùng động cơ 4 thì thay cho động cơ 2 thì Sử dụng kiểu động cơ nạp điện nhiều tầng thực hiện quá trình đốt nhiều bậc

• Kiểm soát hệ thống thải của xe Các xe lưu thông phải có bộ phận xử lý khí thải nhằm giảm lượng bụi và khí ô nhiễm thoát ra ngoài Cải tiến bộ phận này cũng mang lại hiệu quả giảm lượng chất ô nhiễm đáng kể Bộ phận xử lý khí thải thực hiện nguyên lý phản ứng quay vòng khí thải và trao đổi xúc tác để tiếp tục oxy hoá monoxit cacbon (CO), hydrocacbon và oxit nitơ (NOx)

• Quy hoạch mạng lưới giao thông công cộng thuận lợi, giảm lượng xe hai bánh cá nhân Sử dụng phương tiện giao thông công cộng nhằm giảm tổng lượng phát thải ô nhiễm

do giảm tổng quãng đường di chuyển

• Quy hoạch đường giao thông: trồng cây xanh hai bên đường hoặc các tường chắn bụi, chắn âm

2.2.1.2 Giảm thiểu ô nhiễm do sản xuất công nghiệp

Đối với s ản xuất công nghiệp có thể thực hiện các hướng giảm thiểu ô nhiễm như sau:

¾ Tính toán dự báo tác động của công trình đối với môi trường đảm bảo khi đưa nhà máy vào hoạt động thì nồng độ chất thải của nó cộng với nồng độ ô nhiễm nền của khu vực không được vượt tiêu chuẩn cho phép Bố trí nhà máy ở cuối hướng gió chính Cách li khu công nghiệp với khu dân cư bằng vành đai xanh Kích thước vùng cách li công nghiệp xác định bằng khoảng cách từ nguồn thải đến khu dân cư và được xác định đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm tại khu dân cư không vượt tiêu chuẩn cho phép

¾ Bố trí các công trình trong mặt bằng chung của khu công nghiệp yêu cầu đảm bảo thông thoáng các công trình, hạn chế hay loại trừ sự lan truyền chất ô nhiễm từ công trình này sang công trình khác,không gây ô nhiễm cho bản thân nhà máy

• Trồng cây xanh

¾ Cây xanh giảm bức xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí vì tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn, cản gió, nâng cao chất lượng môi trường do tác dụng tăng độ ẩm, tăng lượng oxy trong không khí đồng thời giảm nồng độ bụi và hấp thụ các chất độc trong kh6ng khí và dưới đất Ngoài ra, cây xanh còn hấp thu tiếng ồn, ngăn cản sự lan truyền ồn ra xung quanh

¾ Tổ chức hệ thống cây xanh trong thành phố gồm các hệ thống vành đai cây xanh – mặt nước xung quanh thành phố có chức năng điều hoà khí hậu, cung cấp không khí sạch, chắn gió, tăng giá trị thắng cảnh; vành đai cây xanh cách vệ sinh đối với khu công nghiệp và đường giao thông; hệ thống công viên; cây trong hàng rào công trình

• Giảm thiểu lượng nhiên liệu hiện dùng:

¾ Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu bằng các biện pháp cải tiến công nghệ, đảm bảo vận hành đúng quy trình kỹ thuật

¾ Giảm tiêu hao năng lượng bằng các biện pháp tăng cường cách nhiệt, nâng cao hiệu suất chiếu sáng dân dụng và đường phố, nâng cao hiệu suất các động cơ

¾ Sử dụng nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt, năng lượng nguyên tử… để giảm sử nhiệt nhiên liệu than dầu cấp cho nhiệt điện

• Giảm thiểu chất thải công nghiệp:

¾ Dùng nhiên liệu có lượng lưu huỳnh thấp hay giảm bớt hàm lượng lưu huỳnh trước khi đốt

¾ Cải tiến quá trình đốt để giảm chất thải Trong đó, chú ý đến các chất ô nhiễm là bụi, SOx, NOx, CO Các biện pháp như đã nêu ở phần trên

• Áp dụng các phương pháp xử lý trước khi thải

2.2.2 Quaù trình chaùy vaø vaân ñeă mođi tröôøng

Caùc chaât ođ nhieêm khođng khí sinh ra chụ yeâu do quaù trình ñoât caùc loái nhieđn lieôu táo naíng löôïng phúc vú cho sạn xuaât cuõng xöû lyù caùc loái chaât thại höõu cô (khí, loûng, raĩn) baỉng phöông phaùp ñoât Caùc thaønh phaăn ođ nhieêm chụ yeâu trong quaù trình ñoât laø búi, COx, NOx,

SOx, VOC…

2.2.2.1 Nguyeđn lyù chaùy

Quaù trình chaùy cuạ nhieđn lieôu laø quaù trình oxy hoaù nhanh ôû nhieôt ñoô cao Chaât chaùy trong nhieđn lieôu chụ yeâu laø cacbon (C), hydro (H) vaø moôt soâ chaât khaùc tham gia phạn öùng chaùy nhö nitô (N), löu huyønh (S)… Chaât oxy hoaù trong phạn öùng laø oxy (O2) ñöôïc caâp vaøo vuøng chaùy töø khođng khí

Quaù trình chaùy trong loø ñoât phại ñạm bạo caùc yeâu toâ sau

- Chaât chaùy vaø chaât oxy hoaù phại tieâp xuùc toât vôùi nhau

- Tyû leô chaât oxy hoaù vaø chaât ñoât phại phuø hôïp (≥1 so vôùi löôïng caăn thieât, tính theo phöông trình löôïng hoùa hóc)

- Nhieôt ñoô ñụ cao ñeơ chaùy heât caùc thaønh phaăn nhieđn lieôu vaø khođng sinh ra caùc chaât ođ nhieêm ñoôc hái ñaịc bieôt

- Theơ tích buoăng ñoât phại ñụ lôùn, ñạm bạo thôøi gian löu cụa nhieđn lieôu trong loø ñeơ chaùy hoaøn toaøn

• Ñoât chaât khí

Chaât chaùy vaø chaât oxy hoaù ñeău ôû theơ khí, neđn quaù trình naøy laø chaùy ñoăng theơ (chaùy trong theơ tích) Nhieđn lieôu chaùy ngay khi hoaø troôn khí ñoât vôùi khođng khí Chaât löôïng khí chaùy ñöôïc quyeât ñònh do tyû leô hoaø troôn hôïp lyù giöõa khí ñoât vaø oxy khođng khí vaø ñieău kieôn hoaø troôn chuùng Löôïng khođng khí vaøo khođng ñụ, thieâu oxy khí chaùy khođng hoaøn toaøn, nhieôt ñoô buoăng ñoât giạm

• Ñoât chaât loûng

Nhieđn lieôu ôû dáng loûng, neđn ñeơ ñoât chuùng caăn phađn taùn chuùng thaønh dáng giót loûng hoaịc phun söông (phun búi) Taùc nhađn bieân búi laø khođng khí neùn, hôi nöôùc aùp suaât cao hay khođng khí töø quát litađm cao aùp Chaât bieân búi coù aùp cao phaù vôõ ñoô beăn vöõng cụa doøng chaât loûng laøm cho chuùng bò chia nhoû thaønh búi

Sau khi doøng loûng ñaõ bieân búi, ñeơ táo söï chaùy thaønh ngón löûa caăn qua caùc giai ñoán:

- Hoaø troôn giöõa búi nhieđn lieôu vaø oxy cụa khođng khí

- Saây noùng hoên hôïp vaø chaât loûng boâc hôi

- Phađn hụy caùc hôïp chaât hydrocacbon Quaù trình naøy táo caùc hát muoôi than

- Phạn öùng chaùy dieên ra

• Ñoât chaât raĩn

Khi ñoât nhieđn lieôu raĩn, quaù trình chaùy dò theơ xạy ra giöõa moôt chaât raĩn vaø chaât khí (oxy khođng khí), ñoăng thôøi coù quaù trình chaùy ñoăng theơ giöõa hai chaât khí laø chaẫt boâc hôi vaø oxy khođng khí

Quá trình cháy của nhiên liệu rắn trong buồng đốt gồm nhiều giai đoạn Đầu tiên khi than được nung đến một nhiệt độ nhất định (đối với than là khoảng 200oC), chất bốc được

(CnHm) hoà trộn với oxy và cháy đầu tiên Khi kết thúc quá trình cháy của chất bốc thì cacbon bắt đầu tiếp xúc với oxy và cháy Quá trình cháy của cacbon sinh ra các khí ô nhiễm là CO và CO2 do các phản ứng sau

2.2.2.2 Giảm thiểu ô nhiễm từ quá trình đốt

• Giảm thiểu hàm lượng bụi trong khói thải

hydrocacbon nặng, cao phân tử, hay bồ hóng Thời gian lưu của hỗn hợp khí bụi trong vùng đốt phải đủ thì chúng mới kịp cháy hoàn toàn

• Giảm thiểu lượng CO trong khói thải

Lượng oxy cung cấp cho quá trình cháy không đủ sẽ làm tăng thành phần khí CO trong khói thải Nhiệt độ vùng cháy giảm hay áp suất buồng đốt giảm làm tăng lượng khí

CO sinh ra CO là hợp chất rất bền, sự oxi hóa CO thành CO2 trong điều kiện tự nhiên xảy

ra sau 4 – 5 năm Ở nhiệt độ cao hơn 700oC CO mới bị oxi hóa bằng oxi trong không khí thành CO2

• Giảm thiểu lượng NOx trong khói thải

NOx hình thành trong khói thải chủ yếu do oxi hoá nitơ trong nhiên liệu (nitơ nhiên liệu), và một phần do oxi hoá nitơ từ không khí cháy (nitơ nhiệt, ở nhiệt độ cao > 1100

oC) Để tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng NOx cần giảm lượng không khí cháy, hạ nhiệt độ trong buồng đốt bằng các biện pháp: đốt hai bậc, tăng cường xáo trộn, tuần hoàn khí cháy

¾ Đốt nhiêu liệu hai bậc Ở bậc thứ nhất, nhiên liệu được đốt với lượng không khí nhỏ hơn lý thuyết Nhiên liệu cháy trong môi trường thiếu không khí, nitơ trong nhiên liệu được giải phóng ra dưới dạng khí nitơ (N2) Sau đó, các cấu tử chưa cháy

hết được đốt ở bậc thứ hai với lượng không khí dư Lượng NOx sinh ra giảm 40% Các kiểu đốt hai bậc có thể thực hiện như sau

55-ƒ Một phần không khí được cho vào cùng với nhiên liệu (thiếu không khí), phần còn lại cho vào vùng đốt bổ sung (dư không khí)

ƒ Một phần mỏ đốt làm việc với lượng không khí thiếu, còn phần khác chỉ cho không khí để đốt tiếp tục các cấu tử chưa kịp cháy ở phần trước

¾ Kết cấu mỏ đốt

Mỏ đốt có kết cấu cho phép tuần hoàn khí cháy Sự tuần hoàn có thể thực hiện do tự nhiên nhờ dòng khí cháy chuyển động với vận tốc cao tạo áp suất âm nên dòng khí được tuần hoàn một phần Do tuần hoàn, nhiên liệu được khí hoá nhanh và giảm nhiệt độ cháy Lượng không khí không đủ và nhiệt độ thấp nên lượng NOx hình thành giảm Tuần hoàn

do cưỡng bức thực hiện được nhờ quạt thổi không khí và khí cháy vào mỏ đốt Hiệu quả giảm NOx đến 30-35%

Mỏ đốt tăng cường xáo trộn nhiên liệu và không khí Không khí vào mỏ đốt theo hai dòng Nhiên liệu được trộn trước với dòng không khí thứ nhất trong mỏ đốt và cháy ở buồng đốt Quá trình cháy ở nhiệt độ cao die64 ra nhanh, nên NOx chưa kịp tạo thành với khối lượng lớn Phần chưa cháy sẽ được đốt tiếp với dòng không khí thứ hai có xáo trộn trước Trong lò, hỗn hợp khí nóng và không khí trộn chậm, ngọn lửa kéo dài và nguội, lượng NOx giảm

• Giảm thiểu SOx trong khí thải

Để giảm lượng SOx trong khí thải có thể thực hiện các biện pháp kiểm soát trước khi đốt và các phương pháp đốt xử lý lưu hùynh oxit ngay trong lò

Thay thế nhiên liệu là than bằng dầu sẽ giảm được lượng phát thải SOx do hàm lượng lưu huỳnh trong than (2 - 7% khối lượng) lớn hơn trong dầu (≤ 3% khối lượng) Ngoài ra, đồng thời nhiệt trị của dầu (khoảng 10.000 kCal/kg) cao hơn của than (khoảng 7.000 kCal/kg) nên lượng dầu sử dụng sẽ thấp hơn

Kỹ thuật đốt than bằng giàn ghi hoá lỏng có giá trị làm sạch khí thải lớn và tăng hiệu quả đốt than Than được nghiền nhỏ trộn với bột đá vơi thành huyền phù và được phun vào đáy lò đốt ờ giàn ghi cùng với không khí Lưu huỳnh oxit tạo thành trong quá trình đốt sẽ phản ứng với vôi để tạo thành canxi sunfat rắn và rơi xuống đáy lò nung Tỉ lệ tách lưu huỳnh bằng phương pháp này có thể đạt cao hơn 90%

2.2.2.3 Các dạng lò đốt

• Lò đốt chất khí

Bộ phận tổ chức hoà trộn khí đốt và không khí là mỏ đốt (thiết bị đốt)

Phân loại theo đặc điểm hoà trộn khí đốt và không khí trong thiết bị đốt ta có hai loại mỏ đốt

¾ Mỏ đốt trộn trước (mỏ đốt tự hút) Khí đốt và không khí trộn ngay trong thiết bị đốt Khi hỗn hợp ra khỏi mỏ đốt vào buồng lò là cháy ngay Hệ số tiêu hao không khí nhỏ (khoảng 1,05) Nhiệt độ cháy của khí cao

¾ Mỏ đốt không trộn trước khí đốt và không khí (mỏ đốt lồng ống) Quá trình hoà trộn chủ yếu thực hiện trong buồng lò Thời gian cháy hoàn toàn nhiên liệu lâu hơn, ngọn lửa dài Hệ số tiêu hoà không khí là 1,1 –1,2 Nhiệt độ cháy thấp hơn nên thường dùng với khí đốt có nhiệt trị cao (khi dùng cho lò đốt có sử dụng nhiệt cho mục đích sản xuất)

• Lò đốt chất lỏng

Mỏ phun thực hiện chức năng biến bụi nhiên liệu lỏng để đưa hỗn hợp chất biến bụi và nhiên liệu vào buồng lò Yêu cầu đối với mỏ phun:

¾ Biến dòng nhiên liệu thành bụi nhỏ và hoà trộn với không khí

¾ Đảm bảo nhiên liệu cháy cho ngọn lửa bền và có kích thước xác định

¾ Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, bền và vận hành thuận tiện

Các loại mỏ phun sử dụng trong lò đốt chất lỏng gồm:

¾ Mỏ phun thấp áp Chất biến bụi là không khí cấp từ quạt li tâm cao áp Tất cả khôn gkhi1 cần để cháy nhiên liệu đều cấp qua mỏ phun Nhiệt độ nung trước không khí

≤300oC để tránh sự phân hủy nhiên liệu sinh bồ hóng làm tắc mỏ phun

Nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn (1), không khí vào mỏ phun qua đường dẫn (2) Nhiên liệu và không khí gặp nhau ở trước cửa ra của mỏ phun Tại đây, nhiên liệu được biến thành bụi, hỗn hợp bụi nhiên liệu và không khí quan miệng mỏ phun (3) vào buồng đốt để cháy trong lò

¾ Mỏ phun cao áp Chất biến bụi là không khí nén hay hơi nước có áp suất cao Lượng không khí đốt nhiên liệu đưa qua mỏ đốt chiếm khoảng 7 – 12% tổng lượng không khí đốt nhiên liệu Lượng không khí còn lại sẽ cấp vào buồng lò bằng một sẽ được dẫn trực tiếp không qua mỏ đốt

Ống dẫn nhiên liệu lỏng (1) ở trong, ống dẫn chất biến bụi (3) bao bên ngoài Khi làm việc, chất biến bụi vào mỏ phun, chuyển động quanh ống dẫn nhiên liệu và gặp dòng lỏng

ở đầu mỏ phun Tiết diện ra của chất biến bụi quyết định lưu lượng chất biến bụi vào phá vỡ dòng lỏng được điều chỉnh bằng cách dịch chuyển ống dẫn lỏng

Lò đốt chất thải lỏng Chất thải dạng lỏng được đốt trực tiếp trong lò đốt bằng cách phun vào vùng ngọn lửa hay vùng cháy của lò phụ thuộc vào nhiệt trị chất thải Lò đốt được duy trì nhiệt độ khoảng trên 1000oC Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò từ vài phần giây đến 2,5 giây

• Lò đốt chất rắn

¾ Lò đốt thủ công: ghi phẳng, ghi nghiêng

Nhiên liệu được xếp một lớp dày 200 – 250mm trên ghi lò Phía dưới ghi là buồng tích

xỉ, phía trên là không gian làm việc của buồng đốt Khi làm việc, gió được cấp vào lò qua cửa (4) đi qua lớp than để tham gia quá trình cháy

Buồng đốt ghi nghiêng gồm có hai phần: phần trên là không gian làm việc, phần dưới là không gian chứa xỉ Gió được cấp vào qua cửa (4) để đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt này dùng ghi nghiêng (2) là chính Ghi được tạo bởi các thanh gang có chiều rộng 200-250mm, chiều dài bằng chiều ngang buồng đốt Các thanh ghi đặt so le nhau và các nhau

70-100mm để tạo bậc Toàn bộ ghi đặt nghiêng 35-40o so với mặt phẳng chuẩn Trong buồng đốt cũng có dùng ghi phẳng (3) chủ yếu là để hứng xỉ của phần ghi nghiêng thải xuống không gian chứa xỉ, việc tổ chứa cháy than là chức năng phụ của ghi phẳng

Khi làm việc, than từ phễ (6) nhờ cơ cấu mở van (7) tự chảy xuống ghi (2) tạo lớp than (1) có chiều dày yêu cầu Đồng thời gió được đưa vào qua cửa (4) và đi qua các khe hở giữa các thanh ghi, tiếp xúc với than để thực hiện quá trình cháy

Hình 1 Ghi nghiêng

Buồng đốt ghi nghiêng được ứng dụng khi lượng nhiên liệu lớn, các loại chất đốt có chất bốc lớn và độ thiêu kết yếu

¾ Thiết bị đốt phun bụi

Khi nhiên liệu rắn ở dạng bụi kích thước 0,05-0,07 mm, chất bốc thoát ra nhanh, xáo trộn mãnh liệt với không khí và cháy Còn lại cac bon bị cốc hoá và phá vỡ thành hạt nhỏ hơn Dạng đốt này này tạo lượng tro lớn trong sản phẩm cháy nên thường dùng với nhiên liệu độ tro ≤8% Các dạng thiết bị đốt thường dùng là buồng xiclon, thiết bị tầng sôi, thùng

quay, lò phun bụi …

ƒ Lò tầng sôi

Hình 2 Lò đốt tầng sôi

Lò tầng sôi ống trụ có vỏ bọc và lưới phân phối không khí Trên lưới đổ lớp cát dày 0,8-1 m (kích thước hạt 0,6-2,5mm) Tầng sôi được tạo thành khi thổi khí qua lưới phân phối Chất rắn được cho vào lò trộn mãnh liệt với cát nóng đỏ và cháy Quá trình cháy kéo dài không quá 1-2 phút

ƒ Lò nhiều đáy

Lò nhiều đáy lò ống trụ có vỏ bọc đường kính 6-8m Không gian cháy của lò được chia thành 7-9 đáy nằm ngang Ở tâm lò có trục quay được gắn một cơ cấu cào Cặn cho vào buồng phía trên lò, chuyển động xuống dưới qua lỗ có trong từng đáy Ở buồng trên cặn được sấy khô, còn trong ngăn giữa nó cháy Lò này có đặc điểm là vận hành đơn giản, hoạt động bền đối với sự dao động chất lượng và số lượng của cặn xử lí, bụi cuốn theo khí không nhiều

ƒ Lò đốt thùng quay

Lò thùng quay là trống quay nghiêng với lò đốt được đưa ra ngoài, ở đó nhiên liệu lỏng hoặc khí cháy Cặn sau khi tách nước được nhập từ đầu trống đối diện với lò đốt và sẽ cháy trong vùng cháy Ưu điểm của lò là khí thải ít ô nhiễm bụi, có khả năng đốt cặn với độ tro và độ ẩm lớn

Hình 3 Hệ thống đốt thùng quay

Lò đốt thùng quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải ở dạng rắn, cặn, bùn và cũng có thể ở dạng lỏng Thùng quay hoạt động ở nhiệt độ khoảng 1100oC

Có hai loại thùng quay cơ bản:

1 Loại không có vách ngăn ở hai đầu Loại này có thể chứa được lượng chất thải từ 5-10% thể tích thùng quay, thời gan lưu ngắn hơn 1 giờ

2 Loại có vách ngăn ở hai đầu Loại này có thể chứa được lượng chất thải từ 15-20% thể tích thùng quay, thời gan lưu lớn hơn 1 giờ

ƒ Lò xiclon và phun bụi

Lò xiclon và phun bụi được ứng dụng để đốt cặn lỏng hoặc rắn phân tán cao trong trạng thái phun bụi Các lò này hiện nay chưa được phổ biến rộng rãi

Nhược điểm của lò:

1 Lò nhiều đáy - tải nhiệt riêng phần thấp, có bộ phận quan trọng trong vùng nhiệt độ cao, chi phí đầu tư và vận hành lớn

2 Lò thùng quay - tải nhiệt riêng phần thấp, tải trọng thể tích đốt thấp, vỏ bọc hư hỏng trong quá trình làm việc, chi phí đầu tư và vận hành cao

3 Lò phun bụi - năng suất thấp, vận hành phức tạp, chi phí đầu tư lớn

4 Lò xiclon - cần lắp bộ phận thu bồi bụi công suất lớn và thiết bị để lấy xỉ ra ngoài

5 Lò tầng sôi - hạt phân bố không đều trong tầng sôi, cần phải thu hồi bụi

2.2.2.4 Ứng dụng phương pháp đốt trong xử lý tiêu hủy chất thải

Quá trình đốt được áp dụng để tiêu hủy chất thải hữu cơ ở các dạng khí, lỏng và rắn Trong công nghệ đốt chất thải rắn sinh hoạt người ta sử dụng l2 đốt dạng ghi nghiêng Công nghệ đốt cặn dùng bằng lò đốt thùng quay hoặc tầng sôi Phương pháp đốt được ứng dụng trong công nghệ đốt nhựa phế thải, đốt bùn hoạt tính d9

2.3 PHÁT TÁN Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ

Việc xử lí khí thải đạt đến nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh bị hạn chế bởi điều kiện kĩ thuật và nếu về mặt kĩ thuật thực hiện được thì về mặt kinh tế sẽ vô cùng tốn kém, vì vậy khí thải thường được xử lí đến nồng độ cho phép (được quy định bởi luật pháp) rồi phát tán vào khí quyển qua ống khói cao

Sự phát tán ô nhiễm là sự pha loãng chất ô nhiễm trong khí quyển Động lực của quá trình là do chuyển động của dòng chất thải và dòng không khí trong khí quyển, sự chênh lệch nhiêt độ và sự chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm trong dòng thải với không khí xung quanh

2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí

Ngay sau khi thoát ra khỏi ống khói khí thải chịu tác động của nhiều yếu tố như thành phần, tính chất và đặc tính của chính chất thải; chiều cao ống khói, hình dạng và kích thước cổ ống khói; vận tốc thải (ở cổ ống khói); hướng và vận tốc gió; sự phân tầng nhiệt độ, mức độ chảy rối và các chỉ số trạng thái của khí quyển; mưa; nhiệt độ và độ ẩm của không khí Dự đoán trạng thái của khí thải trong khí quyển là bài toán vô cùng phức tạp và việc giải nó càng khó hơn do các quá trình trong khí quyển không ổn định va có thể thay đổi rất nhanh theo thời gian

Phụ thuộc vào điều kiện khí quyển, hình dạng bên ngoài của khí thải rất đa dạng (theo hướng gió và có chiều dài đến hàng chục kilomét), nhanh chóng lan tỏa vào hướng ngang và thẳng đứng, có dạng sóng nối đuôi nhau

Sự có mặt của

các cấu tử nặng

Khối lượng riêng và hình dạng hạt

Xử lí tạp chất khí

Khí thải

Địa hình, bề mặt công trình xây dựng Mưa

Khuếch tán phân tử

Sương mù Mây

Sự lắng trọng lực

của các phần tử

Hiệu nhiệt độ khí quyển và không khí

Gió Điều kiện thải

Sự kết tụ hạt

Hình 4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán ô nhiễm trong không khí

• Gió Gió là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát tán chất ô nhiễm chất thải Khi vận tốc gió nhỏ độ dựng cột khói (∆H) tăng, nhưng cột khói giữ cấu trúc dày đặc lâu hơn và khó lan truyền dưới tác động của chỉ một mình khuyếch tán khí quyển, nhưng do có hướng chuyển động lên trên nên nồng độ chất ô nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt đá6t nhỏ Khi gió mạnh ∆H giảm xuống gần bằng không, nhưng ngọn khói chịu sự tác động mạnh của khuyếch tán khí quyển nên nồng độ chất ô nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt đất cũng thấp Tồn tại vận tốc gió mà khi đó luồng khói giữ cấu trúc dầy đặc và chuyển động theo phưong ngang, lúc này, nồng độ cực đại của chất ô nhiễm tại mặt đất do một nguồi thải ra đạt giá trị lớn nhất và được gọi là vận tốc gió nguy hiểm

ngược lại, mưa chuyển chất ô nhiễm từ khí quyển vào đất, nguồn nước và cây cối cũng như các công trình nhân tạo Đặc biệt khi lôi cuốn các chất ăn mòn hóa học, nước mưa tuy chậm nhưng phá huỷ tất cả những gì có trên mặt đất

• Sự phân tầng nhiệt độ của khí quyển Xác định trạng thái của khí quyển không ổn định, trung hòa, ổn định Trạng thái không ổn định thuận lợi nhất cho việc phát tán, vì nó kèm theo sự khuấy trộn mạnh không khí theo hướng thẳng đứng Trong trạng thái trung hòa sự phát tán giảm đáng kể Còn trạng thái ổn định là bất lợi nhất cho sự phát tán

• Sương mù dày đặc và kéo dài xác định hiện tượng lắng đọng trong lớp khí quyển tại mặt đất Đó là yếu tố khí tượng bất lợi Trước hết chúng góp phần hình thành sự nghịch đảo nhiệt độ, kế đến, chúng có thể là nguyên nhân tạo thành khói mù - hỗn hợp sương mù tự nhiên với chất thải công nghiệp bay (bụi, hơi ) Đã có những trường hợp khói mù ổn định gây tai nạn thê thảm cho dân cư Vì vậy tần số hình thành, mật độ và độ ổn định của sương mù ở địa phương nào đó cần được phân tích cẩn thận trong việc thiết kế các công trình xử lí và thải khí

• Sự nghịch đảo nhiệt độ là một yếu tố nguy hiểm đặc biệt

Bản chất của sự nghịch đảo nhiệt độ là nhiệt độ khí quyển không giảm theo độ cao như sự phân tầng nhiệt độ bình thường của khí quyển mà ngược lại không khí lạnh, dày đặc và nặng được giữ lại trên mặt đất Khi đó không khí chứa chất ô nhiễm chỉ thực hiện dao động nhỏ theo hướng thẳng đứng và tồn tại trong khoảng cao độ từ 500 đến 600m Hiện tượng này liên quan đến sự làm lắng đọng không khí, thường xuất hiện trên các nguồn nước lớn, hoặc sau các cơn mưa

Nghịch đảo nhiệt độ luôn luôn nguy hiểm mặc dầu mức độ nguy hiểm của chúng khác nhau Lớp nghịch đảo có thể triệt tiêu hoàn toàn sự phát tán ô nhiễm

Khi không có sự nghịch đảo nhiệt độ và chế độ gió thuận lợi cho việc phát tán chất thải, bởi vì nó thúc đẩy sự xoáy rối khí quyển theo phương thẳng đứng

• Rừng cây

Rừng cây ảnh hưởng đến sự lan truyền chất thải nhưng đồng thời nó yêu cầu được bảo vệ khỏi chất ô nhiễm khí quyển Rừng đóng vai trò lọc ngăn sự phát tán các hạt sol khí (aerosol) trong phần thấp nhất của lớp khí quyển sát mặt đất Tuy nhiên, vai trò lọc của rừng không cao Rừng rậm, cây cao thúc đẩy sự xoáy rối không khí theo phương đứng khi có gió Ngược lại rừng cần được bảo vệ Ví dụ khí thải chứa HF có thể tiêu diệt cây lá nhọn trong bán kính đến hàng chục kilomét

• Chiều cao ống khói

Chiều cao ống khói H và độ dựng cột khói ∆H đóng vai trò quan trọng đối với sự phát tán chất thải

Độ dựng cột khói ∆H phụ thuộc hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển, vận tốc khí thải ở đầu ra cổ ống khói ω0 và vận tốc gió u

Lực trọng trường làm giảm ∆H phụ thược vào khối lượng riêng của chất ô nhiễm Nếu thải sol khí (aerosol), chiều cao nâng hạt phân tán còn phụ thuộc vào hình dạng của chúng Hạt bông và kết tụ có dạng không đối xứng được nâng nhanh hơn các hạt gọn, gần hình cầu Các hạt nhỏ thì kết tụ với nhau thành hạt lớn và dễ dàng lắng trong bán kính vài chục mét cách ống khói (ví dụ bụi xi măng)

Mỗi cấu tử có vận tốc lắng riêng và có nồng độ cực đại riêng trong lớp khí quyển sát mặt đất

• Sự ngưng tụ hơi

Sự ngưng tụ hơi thúc đẩy quá trình lắng, ngoài ra hơi có thể ngưng thành lỏng hoặc thành hạt rắn Ví dụ chì có trong khí thải của luyện kim màu, ở 300-400oC nó ở trạng thài hơi, còn khi làm nguội nó nhưng tụ nhanh thành hạt rắn

2.3.2 Phân loại nguồn ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất

Nguồn ô nhiễm của khu công nghiệp có thể được phân loại theo các dấu hiệu khác nhau sau:

• Theo hệ thống thải chất độc hại nguồn thải được chia ra thành hai loại

¾ Khí thải công nghệ là phần đuôi của khí công nghệ Khí thải từ thiết bị công nghệ

do thổi vệ sinh, do rò rỉ qua chỗ hở và nắp nối bít Khí thải công nghệ có nồng độ chất độc hại cao và cần được xử lý

¾ Khí thải thông thoáng là khí thải do thông gió chung tự nhiên hay bằng cơ giới và khí thải của thông thoáng cục bộ Khí thải của thông thoáng chung có đặc điểm là nồng độ chất độc hại thấp và thể tích khí ô nhiễm lớn Khí thải do thông thoáng cục bộ có tính chất gần với khí thải công nghệ và cũng cần được xử lý

nguồn thấp

¾ Nguồn cao là nguồn điểm – ống khói, cao hơn 3,5 lần chiều cao công trình gần ống khói (Hn) Theo kinh nghiệm, ở độ cao này có thể bỏ qua ảnh hưởng đến sự lan truyền chất ô nhiễm của biến dạng dòng khí bởi các công trình xây dựng Nếu chiều cao hiệu dụng của nguồn thải trong khoảng 2,2 Hn < He < 3,5Hn thì có vùng chuyển tiếp Trong vùng này sự phát tán chất độc hại chịu ảnh hưởng của xoáy rối khí quyển và xoáy rối tạo ra do gió thổi qua mái nhà Chiều cao hiệu dụng (He) là tổng chiều cao hình học (H) và độ dựng cột khói (∆H) trên đầu ống thải dưới tác dụng hướng lên trên của động lực dòng chảy và lực nâng sinh ra do chênh lệch khối lượng riêng giữa khí thải và khí quyển

¾ Nguồn thải thấp bóng rợp là các nguồn có chiều cao thải hiệu dụng thấp hơn vùng tuần hoàn, xuất hiện ở phía sau các công trình Nguồn thải sẽ gây ô nhiễm vùng quẩn và nồng độ chất ô nhiễm đạt cực đại trong vùng này

Các nguồn thải nằm trong vùng quẩn phụ thuộc vào vận tốc gió có thể là nguồn cao và thấp

Khi vận tốc gió lớn, độ nâng cột khói không đáng kể, khí thải được thổi bởi gió vào vùng quẩn Trường hợp này nguồn được xem là nguồn thấp

ƒ Nhóm I: Theo mức độ giảm vận tốc gió, độ dựng cột khói tăng và ở vận tốc nào đó khí thải được lan truyền ngoài vùng quẩn Các nguồn thấp như vậy khi vận tốc gió nhỏ trở thành nguồn cao và có ý nghĩa lớn đối với việc bảo vệ lớp quyển gần mặt đất

ƒ Nhóm II là nguồn thấp trong vùng bóng rợp, mà các chất ô nhiễm trong đó (nhiệt độ gần bằng nhiệt độ khí quyển) khi vào khí quyển nó không có khuynh hướng chuyển động lên trên

Nguồn thải nhóm II là nguồn thấp và không chuyển thành nguồn cao khi vận tốc nhỏ Nhóm này gồm nguồn thải qua ống khói, quạt thổi, ống dẫn… Các nguồn này đặc biệt nguy hiểm đối với lớp khí quyển gần mặt đất khi vận tốc gió nhỏ

• Theo phương pháp thải không khí ô nhiễm vào khí quyển, nguồn thải chia ra

¾ Thải có tổ chức là nguồn thải qua ống khói, hầm lò Thải có tổ chức thường được kiểm soát và xử lý

¾ Thải vô tổ chức là thải qua cửa sổ, phát sinh chất thải qua chỗ hở của thiết bị cũng như bay hơi từ bề mặt chất lỏng hở Việc kiểm soát và xử lý rất khó

• Theo nhiệt độ khí thải, nguồn thải có thể chia ra: Nguồn nóng cao ∆t = tkt – tkq >100oC; nguồn nóng 20 < ∆t < 100oC; nguồn nóng thấp 5 < ∆t < 20oC; nguồn đẳng nhiệt ∆t ≈ 0 và nguồn lạnh ∆t < 0

Nguồn thải nóng cao là khói lò, ngọn đuốc từ các nhà máy dầu khí, khói thải lò sấy cũng như khói thải từ các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao Nguồn thải nóng, nóng thấp và đẳng nhiệt là các nhà máy công nghiệp hóa chất Ở các nguồn thải nóng, dòng khí thải được nâng cao do chênh lệch nhiệt độ giữa dòng khí thải và khí quyển cao do đó sự phát tán tốt hơn Khí thải lạnh lắng xuống từ mái nhà và sân xưởng, chúng phát tán yếu hơn rất nhiều

• Theo chế độ làm việc của sản xuất, nguồn thải chia ra làm liên tục và gián đoạn hoặc luân phiên theo qui luật xác định hoặc tức thời Nguồn thải liên tục cần được khảo sát kỹ hơn, còn nguồn tức thời cho phép thải một lượng lớn chất độc hại

• Theo mức độ tập trung, nguồn thải được chia ra thành hai loại tập trung và phân tán

¾ Đối với nguồn thải phân tán, mỗi thiết bị công nghệ có ống thải riêng, thường không cao do đó góp phần gây ô nhiễm khu vực sản xuất đáng kể Đó là các cửa sổ thông gió, các thiết bị, bình chứa cũng như sự rò rỉ chất độc hại từ các chỗ hở

¾ Trong nguồn thải tập trung, tất cả các dòng khí thải được gom chung và chỉ thải vào khí quyển qua 1 hoặc 2 ống khói Nguồn thải này thường cao, chất độc hại được phát thải vào lớp khí quyển cao Ở đó hệ số xoáy rối cao nên chất ô nhiễm được phát tán tốt hơn

2.3.3 Các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí

Phương trình vi phân cơ bản thể hiện trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm trong không khí phân bố theo thời gian và trong không gian như sau:

CαCαz

Cσzy

Cσyx

Cσxz

Cwy

Cvx

∂

∂+

α2 : hệ số kể đến sự biến hóa từ chất ô nhiễm này sang chất ô nhiễm khác do các phản ứng hóa học trên đường khuếch tán

Phương trình phát tán ô nhiễm rất khó giải mà nếu giải được thì lời giải cũng không có giá trị thực tiễn vì như đã nói các điều kiện phát tán luôn thay đổi, mà lời giải chỉ thích ứng với một điều kiện tức thời nào đó Đối với các nhà kĩ thuật môi trường, họ chỉ cần phương pháp tính phát tán ô nhiễm có sự kết hợp giữa các tính chất đặc trưng của chất thải với trạng thái của khí quyển cho một địa phương cụ thể nào đó trong khoảng thời gian dài Một số phương pháp tính dựa trên cơ sở đơn giản hóa phương trình phát tán được trình bày sau đây

2.3.3.1 Mô hình cuả Berliand (Nga)

2.3.3.1.1 Tính toán sự phát tán chất độc hại vào khí quyển từ nguồn thải cao

• Nồng độ cực đại

Nồng độ chất độc hại cực đại trong lớp khí quyển gần mặt đất Cmax đối với khí thải

nóng từ nguồn đơn trong điều kiện khí tượng bất lợi ở cách nguồn thải theo hướng gió

được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

Cmax =

3

2 V.∆TH

A.M.F.m.n

A- hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ trong khí quyển và xác định điều kiện phát

tán thẳng đứng và theo phương ngang của chất độc hại trong khí quyển, s2/3.mg.K1/3/g Đối

với khí hậu nhiệt đới có thể nhận A = 240 s2/3mgτ1/3/g

M - tải lượng chất ô nhiễm thải vào khí quyển, g/s; H - chiều cao nguồn thải tính từ

mặt đất, m; V - lưu lượng thể tích khí thải, m3/s; ∆T – hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển,

oK Nhiệt độ khí quyển cần lấy cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13 giờ

F - Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng của chất ô nhiễm trong khí quyển Hệ

số F: đối với chất ô nhiễm là khí F = 1; đối với chất ô nhiễm là bụi:

¾ Nếu hiệu quả xử lý η≥ 90% F = 2;

¾ Nếu hiệu quả xử lý 75 ≤ η < 90% F = 2,5;

¾ Nếu hiệu quả xử lý η < 75% F = 3,0

m và n – các hệ số vô thứ nguyên, tính đến điều kiện thoát khí từ cổ nguồn thải m

được xác định theo công thức sau;

m = (0,67 + 0,1 f +0,343 f )-1 nếu f < 100

Với f=

∆TH

Dω10

2

2 0

• Phân bố chất ô nhiễm trong không khí sát mặt đất

Vận tốc gió nguy hiểm là vận tốc gió mà khi đó nồng độ cực đại của chất ô nhiễm ở

lớp khí quyển gần mặt đất đạt giá trị lớn nhất Vận tốc gió nguy hiểm (um) được xác định

như sau:

um = 0,5 nếu Vm ≤ 0,5

)f0,12(1

Với d là hệ số vô thứ nguyên, được xác định qua giản đồ

Nếu vận tốc gió khác vận tốc gió nguy hiểm thì nồng độ chất ô nhiễm cực đại đạt được là:

(Cmax )u = r.Cmax

Khi đó, nồng độ đạt cực đại ở khoảng cách (Xm)u so với ống khói là:

(Xm)u = p.Xm

Với các hệ số r và p xác định theo giản đồ

Sự phân bố nồng độ các chất ô nhiễm theo hướng gió ở các khoảng cách X khác nhau tính từ nguồn được xác định theo công thức:

Cx = S1 Cmax

Hệ số S1 được xác định theo đồ thị phụ thuộc tỉ lệ X/ Xm

Nồng độ chất ô nhiễm trong lớp khí quyển sát mặt đất theo phương vuông góc chiều gió ở khoảng cách y được xác định theo công thức

Cy = S2Cx

Với Cx - nồng độ chất ô nhiễm tại trục hướng gió; S2 - hệ số vô thứ nguyên xác định theo đồ thị

• Chiều cao ống khói

Chiều cao tối thiểu của ống khói bảo đảm nồng độ trong khí quyển sát mặt đất bằng giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn môi trường không khí xung quanh tính theo công thức:

H =

3 V T cp

, với k là số chất ô nhiễm

Giới hạn thải các chất ô nhiễm vào khí quyển cho phép, khi đó nồng độ chất ô nhiễm

ở lớp không khí gần mặt đất không vượt quá tiêu chuẩn cho phép Ccp được xác định theo công thức:

lí cho nguồn ô nhiễm này để sao cho nồng độ trong môi trường xung quanh vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn cho phép Nếu nồng độ phông gần hoặc bằng giới hạn cho phép thì bất kì nguồn thải nào đều không được phép vì hiệu quả xử lí 100% trong đại đa số các trường hợp đều không hiện thực (do hạn chế về mặt kinh tế và kĩ thuật) Trong các trường hợp này cách giải quyết đúng đắn nhất là giảm nồng độ phông bằng các biện pháp xử lí tại các nguồn ô nhiễm đang hoạt động hoặc phải chọn khu vực khác

2.3.3.1.2 Phát tán ô nhiễm cho nguồn gồm nhiều ống khói

Nếu nguồn ô nhiễm không phải là một ống khói mà là một cụm ống khói (gồm vài ống khói), có thể tính sự phát tán cho hai trường hợp

• Các nguồn thải có thể cho là tập trung tại 1 điểm

Các ống khói được bố trí gần nhau và khoảng cách giữa các ống khói ngoài cùng không vượt quá 4 lần chiều cao ống khói trung bình Trường hợp này có thể cho rằng các nguồn thải tập trung vào một điểm trung tâm, diện tích bố trí các nguồn

Giả sử khí thải phân bố đều cho các ống khói (N ống khói), các ống khói này có cùng chiều cao và đường kính thì nồng độ tối đa của chất ô nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt đất là:

3 H

∆TV'

NFmnAM'

• Các nguồn thải không thể đưa vào 1 điểm

Trường hợp này, việc tính nồng độ cực đại được tiến hành cho các tọa độ mạng lưới đặc trưng của tất cả mọi nguồn thải Khối lượng công việc rất lớn nên thuận lợi nhất là áp dụng máy vi tính để tính toán

2.3.3.1.3 Đối với nguồn thải đẳng nhiệt hoặc gia nhiệt yếu

.KH

A.M.F.n

Cmax = 4/3

Với A là hệ số có đơn vị mg.m1/3/g và đại lượng như đối với công thức đối với nguồn thải nóng

Tham số Vm được tính theo công thức:

H

ω.D1,3

thức: K =

ω.V7,1

18.VD =

Vận tốc gió nguy hiểm tính như sau:

2.3.3.1.4 Sự phát tán chất ô nhiễm từ nguồn thải thấp

Nguồn thải thấp được chia ra làm 2 nhóm:

¾ Nhóm I: các nguồn thấp, khí thải thoát từ đáy đi lên trên với vận tốc xác định

¾ Nhóm II: các nguồn thấp, khí thải thoát ra từ nó không có hướng lên trên

Trong phát tán chất độc hại từ nguồn nhóm I có 2 chế độ cần xem xét:

¾ Chế độ thứ 1: có dòng gió chuyển động với vận tốc thuộc vùng > 0,5 m/s

¾ Chế độ thứ 2: vận tốc gió trong vùng < 0,5 m/s

Nếu xem quá trình khuếch tán từ nguồn điểm bố trí ở độ cao H cách mặt đất thì ta có công thức xác định nồng độ trong lớp khí quyển ở các điểm cách xa nguồn (r) và ở độ cao

Z cách mặt đất như sau:

++

−

1r

H)(Z

14π

M

Nồng độ trên mặt đất Z = 0

2

2 rH2π

MC

+Α

=

Trong đó, M: tải lượng chất ô nhiễm, mg/s;

A: hệ số truyền khối xoáy rối, m2/s Trong tính toán, A được nhận giá trị nhỏ nhất bằng 0,05 m2/s, giá trị nhỏ hơn trong thực tế khó xảy ra

Theo công thức này ta có thể tính nồng độ cực đại chất ô nhiễm gây ra do nguồn nhóm II trong điều kiện khí quyển bất lợi Bởi vì nồng độ gần nguồn không thể lớn hơn tại nguồn C0, nên công thức trên đúng đối với các điểm có bán kính r0 cách nguồn R0 được xác định từ điều kiện C ≤ C0

• Tính phát tán chất độc hại từ nguồn thấp bóng rợp

Nồng độ cực đại được xác định theo công thức sau:

Với Kh – hệ số phụ thuộc độ dựng cột khói trên nhà xưởng, Kh được tính theo công thức Kh = 2,05exp(-0,61he-2); he: độ dựng cột khói hữu ích trên nhà xưởng; he =

α = 2,3 – 0,4

ovv

Vì vo = 2 m/s, nên α = 2,3 – 0,2.v

Như vậy:

n

n 1

n n

n 1

h.v.H

α.D.ωH

Hh

−

=

ϕϕ

Nếu v < 2 m/s: he =

.v

.ωD1,9

'h.v

.ωD2,3

.ωD0,2

h.v

.ωD.0,22,3h

ϕϕ

ϕ

−+

Với

ϕ

.ωD0,2

.e2,05.M.K

2

2 v ω D 1,9.

h 0,61 l

1h

B

h.B.H

3,8.D.ωh

3,3h

1

n m

−+

=

=

−+

=

ϕϕ

Nếu theo công thức, vận tốc gió nguy hiểm lớn hơn 2 m/s thì nồng độ cực đại và vận tốc gió nguy hiểm sẽ tính theo công thức:

Cmax =

.vH

.e2,05.M.K

2

2 v ω D 2,3.

' h 0,61 l

−

ϕ

( ) ( )

h'3,3'h

1h'

B

h'.B.H

4,6.D.ωh'

3,3h'

1

n m

−+

=

=

−+

=

ϕϕ

Nếu vận tốc gió v = 2 m/s thì kết quả tính theo các công thức trên là như nhau

Thay biểu thức vận tốc gió nguy hiểm vào công thức ta có

Cmax =

n

ΗD.ω

.E.K

Nếu v < 2 m/s → a = 2,05 / 3,8 = 0,54; Nếu v > 2 m/s → a = 2,05 / 4,6 = 0,45;

E – hệ số phụ thuộc h nếu v < 2 m/s và phụ thuộc ' h nếu v > 2 m/s

2 2

h 3,3 h 0,15.

2

e

h3,3h

=

Các giá trị B( h ), B( ' h ), E( h ), E( ' h ) được cho trong bảng

Bảng giá trị các hệ số B và E

• Một số giả thiết khi lập mô hình:

¾ Lượng thải chất ô nhiễm do nguồn thải ra là hằng số theo thời gian

¾ Tốc độ gió không đổi theo thời gian và theo độ cao vệt khói

¾ Trong vệt khói không bổ sung thêm ô nhiễm, cũng như không xét đến trường hợp chất ô nhiễm giảm đi do phản ứng hóa hợp chuyển thành chất khác

¾ Địa hình bằng phẳng không có vật cản

• Nồng độ chất ô nhiễm

Với các điều kiện gần đúng này và phương trình vi phân mô tả quá trình phát tán ta có phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, y, z) như sau:

y,

2τ

zHexp2τ

zHexp.2σ

yexp.σ2ππuEC

Phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, 0, 0):

z

2 z

y x

2σ

H.expσπuσ

E

Trong đó, C(x,y,z): nồng độ chất ô nhiễm tại điểm có tọa độ (x,y,z), mg/m3; C(x): nồng độ chất ô nhiễm tại các điểm trên trục x, y = z= 0, mg/m3; x: khoảng cách tới nguồn thải theo phương x, phương gió thổi, m; y: khoảng cách từ điểm tính trên mặt ngang theo chiều vuông góc với trục vệt khói, cách tim vệt khói, m; z: chiều cao điểm tính toán, m; E: lượng thải chất ô nhiễm từ nguồn thải (miệng ống khói…), mg/s; u: tốc độ gió trung bình ở chiều cao hiệu quả của ống khói, m/s; σy: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang phương y, m; σz: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương đứng phương z, m;

• Tính hệ số phát tán σy, σz

Hệ số phát tán phụ thuộc vào độ ổn định của khí quyển Phân loại độ ổn định khí quyển theo Turner như sau

Bảng 1 Phân cấp ổn định của khí quyển theo Turner

Tốc độ gió

trên mặt đất

(1) Là tốc độ gió ở độ cao 10m so với mặt đất

(2) Nắng mùa hè, khi mặt trời có góc cao lớn hơn 60o

(3) Nắng mùa hè, khi bầu trời có một số mảng mây và trời trong sáng, khi mặt trời có góc cao 30 – 60o

(4) Đặc trưng là buổi chiều mủa thu hay ngày mùa hè có mây, hoặc mùa hè trong sáng, mặt trời có góc cao 15 – 35o

(5) Độ mây được xác định bằng mức mây che phủ bầu trời

Các phương pháp xác định hệ số phát tán trình bày lần lượt ở sau đây

¾ Xác định các hệ số phát tán bằng đồ thị

¾ Dùng các công thức tính toán: công thức Martin:

f x

Bảng 3 Bảng tính hệ số phát tán theo công thức Martin

Cấp ổn định khí quển và hệ số σy theo

cấp ổn định khí quyển

Khoảng

cách x

0,2 51 37 25 16 12 8 29 20 14 9 6 4 0,4 94 69 46 30 22 15 84 40 26 15 11 7 0,6 135 99 66 43 32 22 173 63 38 21 15 9 0,8 174 128 85 56 41 28 295 86 50 27 18 12

Trên cơ sở tính toán và thực tế có thể rút ra một số kết luận sau:

1 Nồng độ chất ô nhiễm từ nguồn thải đơn trong lớp khí quyển gần mặt đất đạt giá trị cực đại trong điều kiện khí quyển thuận lợi ở điểm cách ống khói 12-20 lần chiều cao ống khói theo hướng gió

2 Ống khói càng cao nồng độ cực đại càng nhỏ, nồng độ chất ô nhiễm trong lớp không khí gần mặt đất càng nhỏ

3 Càng cách xa ống khói nồng độ chất ô nhiễm càng nhỏ Ở khoảng cách đủ xa nồng độ chất ô nhiễm tiến đến không

Như vậy nhờ các công thức phát tán ta có thể xác định được vùng nào có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn, vùng nào thấp hơn Tăng chiều cao ống khói là biện pháp làm nồng độ chất ô nhiễm tại mặt đất giảm thấp hơn tiêu chuẩn cho phép

Như vậy tăng ống khói là một biện pháp hữu hiệu để bảo vệ lớp khí quyển gần mặt đất

Tuy nhiên, các biện pháp này mặc dù làm giảm nồng độ chất thải ở khoảng cách gần nguồn thải nhưng chúng không bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm

Các chất thải của nhà máy vào khí quyển chứa các chất hữu cơ độc hại được phát hiện ở khoảng 200 - 1.000km cách nguồn thải Ở độ cao đến 2km phần lớn chất thải của các khu công nghiệp ở Anh quốc và Châu Âu nhờ gió vận chuyển đi xa 1000 km và được phát hiện ở Thụy Sĩ và Nauy trong không khí tại mặt đất

Việc xây dựng các ống khói cao để cho khí độc hại vào thượng tầng khí quyển làm tăng thời gian chuyển hóa các khí axit thành axit và sự lắng các axit hình thành này cùng

với mưa trên bề mặt đất diễn ra ở hàng ngàn km cách ống thải Các mưa axit ảnh hưởng xấu đến mùa màng, rừng, giảm chất lượng nước tự nhiên, làm ăn mòn nhà cửa…

Ở các hồ của Mỹ (USA), Canada và Châu Âu sau các cơn mưa axit các loại thực vật dưới nước và cá đã bị hủy diệt [Anon - Coal age, 1979, v.84, N11, p.13]

Vì vậy phương pháp hữu hiệu bảo vệ khí quyển khỏi các chất ô nhiễm không phải là phát tán chất thải bằng ống khói cao mà phải triệt tiêu chất thải trước khi chúng xâm nhập vào khí quyển

2.3.3.4 Ứng dụng các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí

Các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí được ứng dụng để tính và đánh giá các đại lượng sau:

¾ Xác định chiều cao ống khói cần thiết để phát tán khí thải

¾ Xác định phạm vi ô nhiễm với chiều cao ống khói đã có

¾ Đánh giá mức độ ô nhiễm tại 1 điểm bất kỳ xung quanh nguồn thải

¾ Quy hoạch và bố trí các nguồn thải sao cho hợp lý về mặt môi trường, ít tốn kém về mặt kinh tế

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ THẢI

Mặc dầu, nếu các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm đã được thực hiện, lượng chất thải sinh ra giảm đáng kể song không thể triệt tiêu chúng một cách hoàn toàn Do đó cho đến nay phương tiện cơ bản trong giải quyết khí thải vẫn là áp dụng các hệ thống hiệu quả để loại trừ các chất ô nhiễm Các phương pháp xử lý khí thải được lựa chọn phụ thuộc chủ yếu vào bản chất và trạng thái của chất ô nhiễm Các phương pháp xử lý tổng quát trình bày trên hình Tuy nhiên các phương pháp này chỉ gần đúng vì nó không thể bao gồm hết tất cả các phương pháp và thiết bị xử lí khí hiện có

Sơ đồ các phương pháp xử lý khí thải trình bày trên hình ở trang sau