Bài tập ô nhiễm khí

Xác định phạm vi khuếch tán rối

BÀI TẬP MƠ HÌNH HĨA
Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Đại học Bách khoa,
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh

Bài tập 1. Hãy xác định các giá trị y và
z tại khoảng cách x = 1000 m phụ thuộc
vào độ ổn định của khí quyển theo các
trường hợp dưới đây:
a/ Điều kiện A, điều kiện nông thôn

()X, Y, Z
Z

b/ Điều kiện B, điều kiện nông thôn

X

c/ Điều kiện C, điều kiện nông thôn

(X, 0, 0)
H

d/ Điều kiện D, điều kiện nông thôn
e/ Điều kiện E, điều kiện nông thôn

(X, Y, Z)
h

Y

X

f/ Điều kiện F, điều kiện nơng thơn

2

Độ ổn định của khí quyển

Sự phụ thuộc vào vận tốc gió

1


Xác định phạm vi khuếch tán rối

… Tiếp

a/ σy(1000) = 209; σz (1000) = 240;
b/ σy(1000) = 152.55; σz(1000) = 120
c/ σy (1000) = 104.88; σz(1000) = 73.
d/ σy (1000) = 76; σz (1000) = 37.
e/ σy (1000) = 57; σz(1000) = 23.
f/ σy(1000) = 38.14, σz(1000) = 12.31.

Bài tập 2. Hãy xác định các giá trị y và
z tại khoảng cách x = 1000 m phụ thuộc
vào độ ổn định của khí quyển theo các

trường hợp dưới đây:
()X, Y, Z
Z
X
(X, Y, Z)
h

X

Y

b/ Điều kiện B, điều kiện thành thị

()X, Y, Z
Z

c/ Điều kiện C, điều kiện thành thị

(X, 0, 0)
H

a/ Điều kiện A, điều kiện thành thị

X

d/ Điều kiện D, điều kiện thành thị
e/ Điều kiện E, điều kiện thành thị
f/ Điều kiện F, điều kiện thành thị

(X, 0, 0)

H

(X, Y, Z)
h

Y

X

5

6

Tính tốn vận tốc gió theo độ cao

… Tiếp theo

a/ σy(1000) = 270.45, σz(1000) = 169;
b/ σy(1000) = 270.45, σz(1000) = 169;

()X, Y, Z

c/σy(1000) = 185.93, σz(1000) = 120;

Z

d/σy(1000) = 135.22, σz(1000) = 122.79;

X
(X, 0, 0)

H

e/σy(1000) = 92.97, σz(1000) = 65.32;
f/ σy(1000) = 92.97, σz(1000) = 65.32.

(X, Y, Z)
h

Y

X

7

Bài tập 3. Trạm khí tượng tại
gần khu cơng nghiệp thực hiện
quan trắc vận tốc gió tại độ cao
10 m. Biết rằng vận tốc gió quan
trắc được bằng 2.5 m/s. Hãy tính
vận tốc gió tại độ cao 40 m theo
các điều kiện ổn định khác nhau
trong điều kiện nông thôn và
thành thị.

8

2


Cơng thức Smith

Bài tập mơ hình Gauss

Loại tầng
kết

Điều kiện thành
phố

Điều kiện nông
thôn

A

3.1 (m/s)

2.75 (m/s)

B

3.1 (m/s)

2.75 (m/s)

C

3.3 (m/s)

2.9 (m/s)

D

3.5 (m/s)

3.1(m/s)

E

3.7 (m/s)

4.1 (m/s)

F

3.8 (m/s)

5.4 (m/s)

p

 z 
U10 m   voi Z < 200 m
U z  
 10 

U
voi Z  200m
200 m


Bài tập 4. Một nhà máy phát thải có ống khói cao 45 m,
đường kính của miệng ống khói bằng 2 m, lưu lượng khí
thải là 12.0 m3/s, tải lượng chất ô nhiễm SO2 bằng 20
g/s, nhiệt độ của khói thải là 200ºC. Nhiệt độ khơng khí
xung quanh là 30 ºC và tốc độ gió ở độ cao 10 m là 3
m/s. Cho trạng thái khí quyển là cấp C, áp suất khí
quyển = 1013, điều kiện thành phố. Hãy:
1. Tính vệt nâng ống khói.
2. Tính sự phân bố nồng độ chất ơ nhiễm dọc theo
hướng gió tại khoảng cách 1200 m.

9

10

Áp dụng cơng thức tính vệt nâng cột khói

Áp dụng cơng thức tính vận tốc gió tại độ cao h = 45 m
p

 z 
U z   U10 m   , z  200 m
 10 

h 

Ta nhận được:
 45 
U45 m   3.0   
 10 

0.2

Ta nhận được
 4.05 m / s 

h 

Vận tốc khí thốt ra khỏi miệng ống khói là:


T T

1.52.68.103 P.D khoi xung_quanh
u 
TKhoi


Da

12
 3.82 m / s 
.1.1

3.8221.2
473303
3
2
1.52.68.10 1013
 7.81

4.05 
473 

Độ cao hữu dụng được tính theo cơng thức
H  h  h

Ta nhận được
H 457.8152.81

11

12

3


Áp dụng cơng thức tính vận tốc gió tại độ cao H = 52.81 m là
 52.81 
U 52.81m   3.0  

 10 

0 .2

Áp dụng công thức

 4.18m / s 

C( x ) 

Áp dụng công thức tính hệ số phân tán theo phương ngang và phương đứng
σ y  y  = 0.22x 1+ 0.0004x  x =1200 = 217
×x
σ z  x  = 0.12
x=1200 =144
-0.5

 H2 
M
exp  2 
u H  y  z
 2 z 

Ta nhận được
C(1200) 

 52.812 
20.1000
  0.04 mg / m 3 .
exp 
2 
3.1415  4.18  217 144
 2 144 





Đáp số: Vệt nâng ống khói là: 7.81 (m), nồng độ chất ơ nhiễm dọc theo
hướng gió tại khoảng cách 1200 m là 0.04 (mg/m3).

13

14

Vẽ phạm vi ảnh hưởng bằng CAP
 Bài tập 5. Một nhà máy phát thải có ống khói cao 45 m,
đường kính của miệng ống khói bằng 2 m, lưu lượng khí thải
là 12.0 m3/s, tải lượng chất ơ nhiễm SO2 bằng 20 g/s, nhiệt
độ của khói thải là 200ºC. Nhiệt độ khơng khí xung quanh là
30ºC và tốc độ gió ở độ cao 10 m là 3 m/s, điều kiện nông
thôn. Hãy vẽ đường đồng mức 0.1, 0.01, 0.001 mg/m3 ứng
với các độ ổn định khí quyển A – F.

Độ ổn định loại A

15

Độ ổn định loại B

16

4


Độ ổn định loại E

17

Độ ổn định loại F

18

Bài tập mơ hình Berliand

Phần mềm CAP

 Bài tập 1. Nhà máy A có ống khói cao 40 m, đường kính
trong của miệng ống khói là 2.0 m, vận tốc khí thải từ
ống khói phụt ra là W 0 = 10 m/s, tải lượng CO là M = 90
g/s, nhiệt độ của khói thải là Ts = 230ºC. Phạm vi khuếch
tán rối ngang k0=12 m, hệ số khuếch tán rối đứng k1 =0.03
m2/s, hệ số lưu ý tới sự thay đổi vận tốc gió theo phương
đứng n = 0.14. Biết rằng vận tốc gió đo đạc được tại độ
cao 10 m bằng 2 m/s và nhiệt độ khơng khí xung quang
bằng 25 C. Dùng phương pháp mơ hình Berliand hãy tính
nồng độ chất ơ nhiễm CO theo hướng gió tại khoảng cách
x = 500 m so với ống khói.

19

20

5


 Bài tập 2. Nhà máy A có ống khói cao 40 m, đường kính
trong của miệng ống khói là 2.0 m, vận tốc khí thải từ
ống khói phụt ra là W 0 = 10 m/s, tải lượng CO là M = 90
g/s, nhiệt độ của khói thải là Ts = 230ºC. Hệ số khuếch

tán rối ngang k0=12 m2 /s, hệ số khuếch tán rối đứng k1
=0.03 m2/s, hệ số lưu ý tới sự thay đổi vận tốc gió theo
phương đứng n = 0.14. Biết rằng thời điểm tính gió lặng
và nhiệt độ khơng khí xung quang bằng 25C. Dùng
phương pháp mơ hình Berliand hãy tính nồng độ chất ơ
nhiễm CO theo hướng gió tại khoảng cách x = 500 m so
với ống khói.

Bài số 3. Nhà máy A có ống khói cao 40 m, đường kính trong của miệng ống khói
là 2.0 m, vận tốc khí thải từ ống khói phụt ra là W0 = 10 m/s, tải lượng CO là M = 90 g/s,
nhiệt độ của khói thải là Ts = 230ºC. Hệ số khuếch tán rối ngang k0=12 m2 /s, hệ số
khuếch tán rối đứng k1 =0.03 m2/s, hệ số lưu ý tới sự thay đổi vận tốc gió theo phương
đứng n = 0.14. Yếu tố khí tượng được cho theo bảng dưới đây:
STT

Thời gian trong ngày

Vận tốc gió

1
2
3
4

1
7
13
19

2 m/s

Lặng gió
2 m/s
Lặng gió

Hướng
gió
Tây
Tây

Nhiệt độ khơng khí
xung quanh
250 C
250 C
300 C
250 C

Dùng phương pháp mơ hình Berliand hãy tính nồng độ chất ơ nhiễmCO trung
bìnhtheongàydọc theohướngtây tại khoảngcáchx=500msovới ốngkhói.

21

22

Nồng độ trung bình ngày

Tính tốn nồng độ trung bình;
Tính toán trường nồng độ do ảnh
hưởng của nhiều nguồn thải

Các số liệu khí tượng được cho vào 4 thời điểm trong ngày:

1g, 7g, 13g, 19g.
Kịch bản tính tốn
Khí tượng (thay đổi ngày 4
lần):
- Vận tốc gió
- Hướng gió
- Nhiệt độ

C ( x , y , 0 ),i 

1 4
 C  ,i , ( x , y , 0 )
4  1

Nguồn thải (trung bình ngày)
- Nhiệt độ khí thốt ra
- Vận tốc khí thốt ra
- Tải lượng chất ơ nhiễm

24

6


Bài tập ứng dụng
Nhà máy A có ống khói cao 40 m, đường kính trong của miệng ống khói là 2.0 m, vận
tốc khí thải từ ống khói phụt ra là W0 = 10 m/s, tải lượng CO là M = 90 g/s, nhiệt độ của
khói thải là Ts = 230ºC. Phạm vi khuếch tán rối ngang k0=12 m, hệ số khuếch tán rối đứng
k1 =0.03 m2/s, hệ số lưu ý tới sự thay đổi vận tốc gió theo phương đứng n = 0.14. Yếu tố
khí tượng được cho theo bảng dưới đây:

STT

Thời gian trong ngày

Vận tốc gió

1
2
3
4

1
7
13
19

2 m/s
Lặng gió
2 m/s
Lặng gió

Hướng
gió
Tây
Tây

Nhiệt độ khơng khí
xung quanh
250 C
250 C

300 C
250 C

a/ Tính cho điều kiện khí tượng đầu tiên tại thời điểm 1 giờ: v= 2 m/s.
Áp dụng cơng thức tính vệt nâng cột khói theo mơ hình Berliand ta nhận được:
H 

1.5  W0  R 0 
3.3  g  R 0  T  1,5 101 
3,3  9,811 205
2.5 
2  =
 2,5  25  273,1 22 

V10
(
T
2
xq  273.1)  V 10 



= 60.45 (m)

Từ đó suy ra chiều cao hữu dụng của ống khói là:
H=h +  H = 40 + 60.45 = 100.45 (m)

Tính vận tốc gió tại độ cao 1 m như sau:

Dùng phương pháp mơ hình Berliand hãy tính nồng độ chất ơ nhiễmCO trung

bìnhtheongàydọc theohướngtây tại khoảngcáchx=500msovới ốngkhói.

1
u1 = 2   
 10 

0.14

 1.449 (m / s)

25

Áp dụng cơng thức Berliand (cho điểm tại bề mặt lót) ta nhận được:

26

b/ Tính cho điều kiện khí tượng đầu tiên tại thời điểm 7 giờ (trường hợp lặng gió với
t0=25oC).
Áp dụng cơng thức Berliand cho trường hợp lặng gió:
C ( x, y,0) 

 u1H1n
M
y2 


Cx, y,0
exp

2

32


21nk1 k0 x
 1n k1x 4k0x

M
1

2
2  (1  n)  k1   2  H 1 n

 x2  y2 

2
 (1  n)  k1


Khi lặng gió thì v10<1 m/s, lấy v10= 0.5 m/s để tính độ nâng vệt khói

Từ đó
1.14
 1.449100

.492


C(500
,0,0) 
exp

2
1..5
210.140.03 12500
 (10.14) 0.03500

H 

901000

1.5  10  1 
33  9.81  1  205
 2.5 
0.5
(25  273.1)  0.5 2



  2743.782 (m)


Khi đó độ cao hữu dụng là:
H = 2783.782 (m)

= 0.0125*10-3 (mg/m3)

Từ đó
C(500,0,0) 

27

90  1000
1

 0.25552 (mg / m 3 )
2
2(1  0.14)  0.03  (2  0.03) 2  4111 0.14
2 

500


2
28
 (1  0.14)  0.03


7


d/ Tính cho điều kiện khí tượng đầu tiên tại thời điểm 19h giống như trường hợp 7 h.
o

o

c/ Tính cho điều kiện khí tượng đầu tiên tại thời điểm 13 h: t =30 C ,v= 2 m/s
H 

C(500,0,0)  0.25552 (mg / m 3 )

Vậy nồng độ trung bình ngày tại điểm cần tính là :

1,5 101
3,3 9,811 200
 2,5  30  273,1 22   58.762 (m / s)
2



C TB 

Khi đó độ cao hữu dụng H là

0.0000126  2  0.2555  0.00001655
 0.1278 mg / m 3
4





H= +h = 98.80m

Từ đó
C(500,0,0) 



1.449 98.81.14

 exp 

2
 (1  0.14)  0.03 500
 0.0165103 (mg/ m3 )

901000

21  0.14 0.03  12  5001..5

29

30

Tóm tắt

BÀI TẬP TÍNH TRUNG BÌNH VÀ
NHIỀU NGUỒN THẢI
PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Viện Mơi trường và Tài nguyên,
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh






Tính cho nhiều nguồn thải
Các bước giải bài tập
Ứng dụng phần mềm ENVIMAP
Bài tập

8


ENVIMAP: nhiều nguồn thải

Bài tập
 Một khu vực công nghiệp có 5 nguồn thải đang hoạt động
với các thơng số ống khói được cho trong Bảng và được thể
hiện Hình. Số liệu khí tượng được cho trong Bảng. Số liệu
phát thải được cho trong Bảng. Hãy tính nồng độ NO2 tại các
điểm EC1, EC2 vào các thời điểm trong ngày 3/1/2007 cũng
như nồng độ trung bình ngày chất NO2.

Số liệu khí tượng
Số
thứ
tự
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16

(401258,71,1208907,03)

(402558,70,1208564,86)

(402602,01,1208362,95)
(401145,14,1207886,82)

(402003, 1207829)

OK1
0
1027
1344
1842
1449
1310
1572

(402430,1207859)

OK01
OK02
OK03
OK04
OK05
EC1

EC2

STT

Tên

1

OK01

2
3

Chiều cao (m)

OK2
1027
0
1568
1923
1533
860
1285

OK3
1344
1568
0
504
207

922
717

OK4
1842
1923
504
0
411
1134
759

OK5
1449
1533
207
411
0
802
532

EC1
1310
860
922
1134
802
0
428

EC2
1572
1285
717
759
532
428
0

Đường kính (m)

Tọa độ X

Tọa độ Y

10

0,4

401258,71

1208907,03

OK02

8

0,3

401145,14

1207886,82

OK03

18

0,6

402558,70

1208564,86

4

OK04

8

0,3

403012,67

1208345,55

5

OK05

8

0,3

402602,01

1208362,95

Nhiệt độ khí (0C)

Tốc độ khí phụt
(m/s)
1,1
0,6
1,2
0,1
0,1

Số liệu phát thải, vị trí cần tính

Ngày tháng
năm

Thời
điểm

1/1/2007
1/1/2007
1/1/2007
1/1/2007
2/1/2007

2/1/2007
2/1/2007
2/1/2007
3/1/2007
3/1/2007
3/1/2007
3/1/2007
4/1/2007
4/1/2007
4/1/2007
4/1/2007

1
7
13
19
1
7
13
19
1
7
13
19
1
7
13
19

Nhiệt độ

khơng khí
(0C)
26,2
26
30,1
27,7
26,3
25,8
30,9
29,6
27,1
26,1
31,4
27,3
26,4
25,8
31,6
29,6

Nhiệt
độ 2m
(0C)
26,6
26,1
30,5
28
26,6
26
31,5
30

27,5
26,5
32
27,6
26,8
26,0
32
30

Nhiệt
độ 0,5
m (0C)
27,2
26,4
31,3
28,5
27,2
26,5
32
30,5
27,6
27
32,3
28,2
27,2
26,7
32,5
30,5

Vận tốc

gió
(m/s)
0
1
0
1
1
0
1
2
0
2
1
2
0
0
1
1

Hướng
gió
Lặng gió
Đơng
Lặng gió
Đơng
Tây Nam
Lặng gió
Tây
Tây Bắc
Lặng gió

Đơng Bắc
Nam
Tây Nam
Lặng gió
Lặng gió
Đơng
Đơng

STT

Tên

1
2
3
4
5

OK01
OK02
OK03
OK04
OK05

Nồng độ NO2 (g/m3)
6,000
9,300
3,984
0,204
9,300

150
180
200
150
180

STT

Mã điểm

Địa chỉ

X

Y

1

EC1

Quốc lộ 1

402003

1207829

2

EC2

Quốc lộ 2

402430

1207859

9


Các lớp thông tin đi kèm
1. Xác định k1, k0 được xác định theo các bước:

T 
V  V2  V0.5 ;  T  Tk ,0,5  Tk ,2 ; k1  0,104  V  1  1, 38
2 
 V  


Dựa trên giá trị k1 vừa mới được tính trong bước trên ta tính
k h  0, 05

k12
k
, trong đó h  0, 05 1 ,  z  7, 29.10  5 grad
2 z12 z
2 z1 z

1

, z1 = 1 (m).

Sử dụng công thức
h
Vh  V10  
 10 

n

để tính Vh và k0 được xác định như sau:
k0  kh Vh

Kết quả tính tốn hệ số k1, k0 cho ngày 3/1/07
Thời
điểm
1
7
13
19

V2
(m/s)
0,38
1,52
0,76
1,52

V0,5
(m/s)
0,30

1,20
0,60
1,20

V
(m/s)
0,08
0,32
0,16
0,32

T

(0C)

0,10
0,50
0,30
0,60

k1
(m2/s)
0,19
0,26
0,29
0,30

Kh
(1/s)
12,13

22,81
28,09
31,45

H
(m)
64,49
88,44
98,15
103,85

Vh
(m/s)
0,69
2,90
1,47
2,98

k0
(m)
17,67
7,87
19,05
10,56

Nồng độ tại các điểm EC1, EC2
Thời gian
Thứ nguyên
1g
7g

13g
19g
Trung bình

OK1
mg/m3
0,000341
0
0
0
0,000061

OK2
mg/m3
0,000378
0
0
0
0,000068

OK3
mg/m3
0,001041
0,008135
0
0
0,002135

OK4
mg/m3

0,000001
0
0
0
0

OK5
mg/m3
0,000073
0,000841
0
0
0,000177

Tổng hợp
mg/m3
0,001833
0,008976
0
0
0,002442

Trong ngày 3/1/2007 xảy ra bốn loại hướng gió gồm: Lặng gió, Đơng Bắc, Nam, Tây Nam.
Với vị trí như được thể hiện trên Hình trong bài này chỉ cần tính cho hai trường hợp đầu là :
lặng gió và đơng bắc. Các bước tính tốn được thực hiện giống như Bài tập đã chỉ ra. Kết quả
tính tốn được thể hiện trong các Bảng dưới.

OK1

Thứ nguyên

1g
7g
13g
17g
Trung bình

mg/m3

mg/m3

mg/m3

mg/m3

mg/m3

OK5

Tổng hợp
mg/m3

0,000238
0
0
0
0,000043

0,00017
0
0

0
0,000031

OK2

0,001673
3,00E-06
0
0
0,000319

OK3

0,000002
1,80E-05
0
0
0,000004

OK4

0,000164
4,90E-05
0
0
0,000074

0,002246
7,00E-05

0,000471

10