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

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
  
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN
CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ TIẾNG ỒN
DÀNH CHO SINH VIÊN BẬC CAO ĐẲNG
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
TUY HÒA – 2010
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
CHƯƠNG 1
Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.1. Giới thiệu ô nhiễm không khí
1.1.1. Định nghĩa
Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí hoặc có sự
xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không sạch, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn
xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật.
Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khí. Có thể chia ra thành nguồn tự nhiên và
nguồn nhân tạo.
Ô nhiễm không khí có thể là thể pha trộn của các thể rắn, lỏng, khí. Những thể mà
chúng được phân tán rất nhanh nhờ các điều kiện về khí hậu. Khi xảy ra hiện tượng
giảm áp (áp thấp nhiệt đới) các khối không khí chuyển động làm cho các chất gây ô
nhiễm trở nên đậm đặc, thảm hoạ ô nhiễm có thể xảy ra. Tương tự như vậy, các chất
vô hại dưới tác dụng của áp xuất sẽ bốc lên và có thể trở thành chất gây ô nhiễm
nghiêm trọng cho môi trường không khí khi chúng kết hợp với chất khác cùng coù
trong moâi tröôøng khoâng khí.
Hình 1.1: Hệ thống mối quan hệ ô nhiễm không khí
Các nhân tố ô nhiễm do con người tạo ra thì dễ kiểm soát hơn. Chất gây ô nhiễm
do con người tạo ra thường phát sinh từ quá trình hoạt động công nghiệp, giao thông
vận tải, nông nghiệp, dịch vụ thương mại, phá rừng và kể cả cả hoạt động trong chiến

tranh gây ra. Chất ô nhiễm không khí do con người tạo ra về tổng quan có thể chia làm
Trang 2
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
các dạng sau: ô nhiễm do bụi, hơi khí độc, nhiệt thừa, mùi hôi, chất phóng xạ và các vi
sinh vật.
1.1.2. Phân loại nguồn ô nhiễm không khí
Có nhiều cách phân loại nguồn ô nhiễm không khí khác nhau. Cụ thể như sau:
a) Dựa vào nguồn gốc phát sinh
Dựa vào nguồn gốc phát sinh có thể phân loại nguồn ô nhiễm thành hai nhóm
như sau:
- Nguồn tự nhiên: là khí thoát ra từ các hoạt động tự nhiên của núi lửa, động đất,
bụi tạo thành do bão cát, sự phân tán của phấn hoa, mùi hôi của các quá trình phân hủy
sinh học.
- Nguồn nhân tạo: là các nguồn ô nhiễm do con người tạo nên. Nó bao gồm các
nguồn cố định và nguồn di động.
+ Nguồn cố định: bao gồm các nguồn từ các quá trình đốt khí thiên nhiên, đốt
dầu, đốt củi, trấu…; các nhà máy công nghiệp…
+ Nguồn di động: là khí thải từ các quá trình giao thông như khí thải của xe
cộ, máy bay, tàu hỏa…
b) Dựa vào tính chất hoạt động
- Ô nhiễm do các quá trình sản xuất: Sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, tiểu thủ
công nghiệp.
- Ô nhiễm do giao thông vận tải: xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…
- Ô nhiễm do sinh hoạt: Các quá trình sử dụng nhin liệu (dầu, than, củi …) để đun
nấu, thắp sáng.
- Ô nhiễm do các quá trình tự nhiên: đó là sự phân hủy các chất hữu cơ do vi sinh
gây nên mùi hôi, bão cát, phấn hoa, núi lửa, động đất …
c) Dựa vào bố trí hình học
Có thể chia nguồn ô nhiễm thành ba nhóm như sau:
- Điểm ô nhiễm: ống khói các nhà máy, các nhà máy, thiết bị sản xuất cụ thể (các

nguồn cố định).
- Đường ô nhiễm: các quá trình hoạt động của các phương tiện giao thông vận tải
(xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…).
- Vùng ô nhiễm: khu chăn nuôi lớn, khu tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp công
nghiệp …; ví dụ khu công nghiệp Biên Hòa, Linh Trung, Tân Thuận ….
Cách phân loại này chỉ có tính chất tương đối. Tùy theo quan điểm và mục đích
giải quyết các bài toán về ô nhiễm không khí mà người ta nhìn nhận đó là ô nhiễm một
điểm hay ô nhiễm một vùng.
Trang 3
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
1.2. Thành phần các chất ô nhiễm không khí
1.2.1. Khái niệm chất ô nhiễm
Như đã trình bày ở trên: bất kỳ một chất nào được thải vào không khí với nồng độ
đủ để ảnh hưởng tới sức khỏe con người, gây ảnh hưởng xấu tới sự phát triển, sinh
trưởng của động, thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm cảnh quan môi trường,… đều là
các chất ô nhiễm. Ví dụ các loại bụi, hơi khí độc, mùi hôi các chất ô nhiễm thải ra từ
các nguồn ô nhiễm thường rất đa dạng, chúng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau (dạng
hạt, khí, hơi dung môi…), với các nồng độ khác nhau tùy theo các quá trình công
nghệ, việc sử dụng nguyên vật liệu, hóa chất, tình trạng máy móc thiết bị và tay nghề
của công nhân…
Phân loại chất ô nhiễm
 Dựa vào nguồn gốc sử dụng nguyên vật liệu
Theo cách phân loại này các chất ô nhiễm được chia ra các loại sau đây:
- Chất ô nhiễm từ quá trình đốt: khí thiên nhiên, dầu, củi, trấu phục vụ cho các
quá trình cung cấp nhiệt cho máy phát điện, nồi hơi, các quá trình sưởi ấm, sấy
nóng hoặc các quá trình khác.
- Các chất ô nhiễm sinh ra từ các quá trình công nghệ khác nhau: do sử dụng
các loại nguyên liệu có sinh ra các chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất hoặc sản
phẩm của chúng là các chất dễ gây ô nhiễm môi trường.
 Dựa vào nguồn gốc phát sinh

Có thể chia chất ô nhiễm thành hai loại như sau:
- Chất ô nhiễm sơ cấp: là các chất ô nhiễm được thải trực tiếp từ nguồn ô
nhiễm. Ví dụ các chất SO
x
, NO
x
, bụi … thải ra từ các quá trình đốt nhiên liệu.
- Chất ô nhiễm thứ cấp: là các chất ô nhiễm được tạo thành từ các chất ô
nhiễm
sơ cấp do các quá trình biến đổi hóa học trong khí quyển. Ví dụ: H
2
SO
4
sinh ra từ quá
trình hấp thụ hơi nước trong khí quyển của SO
x
là chất ô nhiễm thứ cấp.
Quá trình lấy mẫu và phân tích khí thải tại nguồn cho phép xác định chủng
loại
và nồng độ của chất ô nhiễm sơ cấp. Còn quá trình lấy mẫu và phân tích các chất ô
nhiễm trong khí quyển cho phép xác định chủng loại và nồng độ của chất ô nhiễm thứ
cấp. Các chất ô nhiễm thứ cấp thường có tính độc cao hơn các chất ô nhiễm sơ cấp, tuy
nhiên, cũng có những chất ô nhiễm thứ cấp lại có tác động tốt cho môi trường. Ví dụ
sản phẩm của quá trình phản ứng giữa NH
3
với H
2
O và NO
2
trong khí quyển sẽ tạo

thành NH
4
NO
3
là một chất làm “giàu” cho đất.
 Phân loại theo tính chất vật lý
Theo tính chất vật lý có thể phân ra các loại chất ô nhiễm không khí như sau:
Trang 4
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
- Chất ô nhiễm không khí ở thể rắn: ví dụ các loại bụi.
- Chất ô nhiễm không khí ở thể khí: ví dụ các loại hơi khí độc.
- Chất ô nhiễm không khí ở thể lỏng: ví dụ các loại hơi dung môi.
1.2.2. Ô nhiễm không khí do bụi
Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí
dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù. Bụi bay
có kích thước từ 0,001 - 10μm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiền
nhỏ chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định
luậ Stock. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặg cho cơ quan hô hấp,
nhất là khi phổi nhiễm bụt thạh anh (Silicose) do hít thở phải không khí có chứ bụi
bioxit silic lâu ngày.
Bụi lắng có kích thước lớn hơn10μm, thường rơi nhanh xuốg đất theo định luật
Niutơn với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt,
gây nhiễm trùng, gây dị ứng …
Bảng 1.1: Kích thước bụi theo vật liệu
Một số tính chất vật lý của bụi:
 Tính phân tán
 Tính nhiễm điện
 Tính cháy nổ
 Lắng do nhiệt
1.2.3. Ô nhiễm không khí do hơi khí độc

Theo một trong các cách phân loại nguồn ô nhiễm ở trên chúng ta có thể nói có hai
loại nguồn gây ô nhiễm môi trường, đó là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.
 Nguồn tự nhiên
Nguồn này do các hiện tượng thiên nhiên như núi lửa, động đất sinh ra các loại khí
cùng nham thạch từ lòng đất phun ra. Các quá trình phân huỷ của các loài động vật,
thực vật cũng có thể gây ô nhiễm môi trường như tạo ra các mùi hôi, một số các chất
khí, chúng có thể tác dụng với các chất khí trong thiên nhiên hình thành các khí sulfat,
nitrat, các loại muối axit cacbonic.
 Nguồn nhân tạo
Nguồn ô nhiễm này rất đa dạng, phức tạp và có thể chia ra nhiều loại nguồn khác
nhau, đó là ô nhiễm do giao thông vận tải, ô nhiễm do các quá trình đốt nhiên liệu, khí
Trang 5
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
thải từ các quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ thương mại và kể cả
từ chiến tranh.
1.2.3.1. Ô nhiễm do các quá trình đốt
Quá trình đốt do các hoạt động của con người, trước hết phải kể đến các quá trình
đốt nhiên liệu trong các quá trình công nghệ phục vụ cho các nồi hơi, máy phát điện,
các quá trình sấy các loại nông sản, rau quả, gỗ…; sau đó có thể kể đến quá trình đốt
phá rừng, làm rẫy, các quá trình nấu ăn… Tuy nhiên, các quá trình này thường gây ít
ảnh hưởng hơn quá trình đốt nhiên liệu phục vụ cho công nghiệp.
Nhiên liệu ở đây có thể là các loại xăng, dầu (DO, FO, mazut…), các loại than đá,
củi, trấu, mùn cưa… Tùy theo lượng nhiên liệu, thành phần, tính chất nhiên liệu và
thiết bị đốt, khi đốt sẽ sinh ra các hơi khí độc có thành phần, tính chất và nồng độ khác
nhau. Nhìn chung, với các loại nhiên liệu trên, thành phần của khí thải thường chứa
các loại như: bụi, SO
x
, NO
x
, CO, aldehit. Ngoài các yếu tố trên còn phải kể đến tình

trạng thiết bị, trình độ vận hành của công nhân cũng ảnh hưởng rất lớn đến thành phần,
nồng độ và tính chất của khí thải. Căn cứ vào thành phần nhiên liệu, khối lượng nhiên
liệu tiêu thụ, tình trạng thiết bị… chúng ta có thể xác định được thành phần, tính chất
và khối lượng chất ô nhiễm sinh ra trong khói thải khi đốt chúng.
1.2.3.2. Ô nhiễm do giao thông vận tải
Các loại hoạt động giao thông vận tải của các loại xe cộ, tàu hỏa, máy bay, tàu
thủy… cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến ô nhiễm môi trường. Thông thường các loại
phương tiện này cũng sử dụng các loại nhiên liệu như xăng, đặc biệt là dầu FO, DO,
mazut. Một vài hiện tại còn sử dụng than đá. Thành phần và tính chất của các chất của
các chất gây ô nhiễm trong khói thải của các phương tiện cũng giống như trong các
quá trình đốt các loại nhiên liệu tương tự như trên. Ngoài ra tiếng ồn cũng là một vấn
đề làm đau đầu các nhà quản lý và giám sát môi trường.
Lượng khí thải sinh ra tuỳ thuộc vào tính năng kỹ thuật của các phương tiện.
Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào chế độ vận hành, thí dụ lúc khởi động, chạy nhanh,
chạy chậm, khi phanh (thắng).
Trang 6
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Bảng 1.2. Thành phần khí độc hại trong khói thải của động cơ ô tô
1.2.3.3. Ô nhiễm do hoạt động sản xuất trong công nghiệp
Sản xuất công nghiệp sinh ra các chất ô nhiễm rất đa dạng với khối lượng lớn.
Ngoài các chất ô nhiễm do các quá trình đốt nhiên liệu như kể trên được thải qua ống
khói, mỗi ngành công nghiệp còn sinh ra những chất ô nhiễm đặc trưng, không thể có
nguyên tắc xác định chung. Dưới đây tóm tắt các chất ô nhiễm chỉ thị cho một số
ngành công nghiệp chính như sau:
- Công nghiệp gang thép: bụi quặng, oxyt sắt, là các tạp chất rất nhỏ do thổi không
khí qua kim loại nóng chảy, các hợp chất flo tạo thành từ chất gây cháy CaF
2
, khí thải
chứa bụi, các khí thải từ quá trình đốt lò nung.
- Công nghiệp chế biến dầu mỏ: hydrocarbon, các hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi

hôi (mercaptan), SO
x
, H
2
SO
4
, H
2
S, NO và NO
2
.
- Các nhà máy phân bón supper phốt phát: chủ yếu là HF, SiF
4
, H
2
SiF
6
từ
nguyên liệu, H
2
SO
4
, H
3
PO
4
, phốt phát.
- Các nhà máy tơ nhân tạo: chủ yếu là các chất có mùi hôi như các hợp chất chứa
lưu huỳnh CS
2

, H
2
S.
- Các nhà máy cement: chủ yếu là bụi
- Lò gạch: chủ yếu là các hợp chất flo từ đất sét.
- Các nhà máy hóa chất khác: HCl, Cl
2
, NO
x
, NH
3
, hydrocarbon thơm, thuốc trừ
sâu…
- Các nhà máy sản xuất tole tráng kẽm, xi mạ các loại: chủ yếu là HCl, các hơi khí
độc của các dung dịch mạ…
- Các nhà máy sản xuất giấy: chủ yếu là bụi và các chất tẩy trắng như Cl
2
, SO
2
…
Một cách khác cũng có thể xác định các chất ô nhiễm dạng khí dựa trên tính chất
hóa học của chúng, đó là khí vô cơ và khí hữu cơ.
Trang 7
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
1.2.3.4. Ô nhiễm do các hoạt động của sản xuất nông nghiệp
Trong sản xuất nông nghiệp, vấn đề ô nhiễm không khí cần quan tâm đó là việc
phun thuốc trừ sâu và sử dụng các loại phân bón cho lúa và cây trồng. Nhiều loại
thuốc trừ sâu và phân bón hoá học tồn tại rất lâu trong môi trường đất, nước; chúng rất
khó phân huỷ nên tác dụng rất lâu dài. Đặc biệt các loại thuốc trừ sâu do nông dân sử
dụng do không dùng đúng liều lượng hoặc khi bón cho cây trồng tính từ lúc bón phân

hoặc phun thuốc tới lúc thu hoạch khá gần nên lượng thuốc trừ sâu tồn tại trong rau
xanh rất lớn.
1.2.3.5. Phương pháp tính tải lượng chất ô nhiễm trong công nghiệp
Như đã trình bày ở trên, sản xuất công nghiệp sinh ra các chất ô nhiễm rất đa dạng,
chúng gồm nhiều chất ô nhiễm với các thành phần, tính chất khác nhau tùy theo công
nghệ sản xuất, các hóa chất sử dụng, thiết bị máy móc và trình độ tay nghề của công
nhân. Có thể xác định thành phần và lượng chất ô nhiễm trong sản xuất công nghiệp
bằng cách sau.
a) Căn cứ vào các phản ứng hóa học
Dựa vào công suất sản phẩm, định mức tiêu hao nhiên liệu, thành phần của nhiên
liệu, thông qua việc xác định các phản ứng hóa học sinh ra trong quá trình công nghệ
sản xuất để tính ra thành phần và lượng chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất đó.
Ví dụ: Nhà máy hóa chất tiêu thụ 1 năm 395.000 tấn dầu FO với thành phần của
lưu huỳnh là 2,9% khối lượng. Hãy tính lượng SO
2
sinh ra trong 1 năm của nhà máy
trên.
Giải
Tính lượng lưu huỳnh đốt trong 1 năm:
2,9% khối lượng = 29kg lưu huỳnh/1 tấn nguyên liệu
Vậy lượng lưu huỳnh tiêu thụ trong1 năm là :
29 kg/tấn x 395.000tấn/năm = 11.455tấn lưu huỳnh/năm.
Khi đốt lưu huỳnh, phản ứng hóa học xảy ra như sau:
O
2
+ SO
2
= SO
2
Theo phản ứng hóa học trên, cứ 32kg lưu huỳnh khi đốt sẽ sinh ra 64kg SO

2
.
Như vậy khi đốt 11.455 tấn lưu huỳnh/năm sẽ sinh ra: 22.910 tấn SO
2
/năm. Khối
lượng SO
2
sinh ra trong 1 năm của nhà máy là: 22.910 tấn/năm.
b) Đo đạc trực tiếp
Một trong các cách xác định khác là dựa vào việc đo đạc trực tiếp nồng độ các chất
ô nhiễm trong khí thải kết hợp với việc tính toán lưu lượng khí thải từ đó tính tải lượng
của các chất ô nhiễm.
Ví dụ một số cách tính sau:
Trang 8
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Theo B.B. Pameranseva (nhà bác học Nga), khi áp dụng cho dầu DO và FO có thể
tính như sau:
Thể tích các chất ô nhiễm:
 V(CO
2
) = 0,01866.C (m
3
/kg nhiên liệu)
 V(SO
2
) = 0,007.S (m
3
/kg nhiên liệu)
 V(NO
x

) = 0,008. N + 0,79.V
B
(m
3
/kg nhiên liệu)
 V(H
2
O) = 0,11.H + 0,0124.W + 0,0161.V
B
+ 1,24.G
B
(m
3
/kg)
Trong đó:
 C, S, N, H, W là thành phần các nguyên tố có trong nhiên liệu; (%)
 V
B
là khối lượng không khí để đốt cháy 1kg nhiên liệu, (m
3
/kg);
 G
B
là khối lượng hơi nước được phun vào dầu để đốt; thường lấy bằng
0,03÷1kg/kg nhiên liệu.
Tổng thể tích khí thải là:
V = V(SO
2
) + V(NO
2

) + V(H
2
O) + V(CO
2
) (m
3
/kg)
Khi xác định được tổng thể tích của sản phẩm cháy, nhân với nồng độ các chất ô
nhiễm có trong khí thải ta được tải lượng của các chất ô nhiễm.
c) Tính toán theo hệ số ô nhiễm
Ví dụ:
Bảng 1.3: Hệ số ô nhiễm do quá trình đố than đá
(lb/tấn than đá)
1.2.4. Ô nhiễm không khí do mùi hôi
Nói đến ô nhiễm không khí ngoài bụi, các loại hơi khí độc và tiếng ồn, không thể
không kể đến các chất gây mùi hôi thối khó chịu. Thực chất các chất gây mùi hôi đều
là các loại hơi khí độc.
Các chất gây mùi (kể cả mùi hôi và mùi thơm) đều phát sinh từ các quá trình tự
nhiên và hầu hết các hoạt động kinh tế xã hội.
 Trong lĩnh vực hoạt động công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp
Các loại nhà máy sản xuất giấy, dệt nhuộm, phân bón, thuốc trừ sâu, hoá chất
(sơn, vernis, cán cao su, chế biến mủ cao su, chế biến thực phẩm…), chế biến lương
Trang 9
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
thực, thức ăn gia súc, thực phẩm (nước mắm, bánh kẹo, hạt điều, thuốc lá, lò giết mổ,
thuỷ sản)…
 Trong nông nghiệp
Chăn nuôi gia súc, gia cầm như heo bò, trâu, gà…
 Giao thông vận tải
Mùi xăng dầu, các loại nguyên vật liệu chuyên chở trên đường.

 Dịch vụ thương mại
Các kho chứa hàng, chứa nguyên liệu, thành phẩm, chợ búa, các cửa hàng bán
lương thực, thực phẩm, thuốc trừ sâu, nhà hàng, khách sạn, bệnh viện, kênh rạch…
Ngoài ra cũng cần phải kể đến các sinh hoạt của con người như nấu ăn, chăn nuôi
súc vật và các quá trình phân huỷ tự nhiên của các loại động, thực vật.
Các chất gây mùi xuất hiện tại hầu hết mọi nơi do trực tiếp thải ra từ nguồn và quá
trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Các chất gây mùi rất dễ nhận biết do khứu
giác của con người, nhưng do thành phần đa dạng, phức tạp, phụ thuộc vào từng lĩnh
vực hoạt động nên rất khó chỉ danh các chất ô nhiễm gây ra mùi là chất nào.
1.2.5. Ô nhiễm nhiệt
Mọi hoạt động của con người hầu hết đều sản sinh ra nhiệt. Nhưng nguồn gây ô
nhiễm cho con người trong các hoạt động sản xuất công nghiệp có thể kể đến như sau:
- Nhiệt sinh ra từ các quy trình đốt cháy các loại nhiên liệu: dầu, than đá, củi,
trấu, khí đốt,…
- Nhiệt sinh ra từ các qu trình công nghệ sản xuất như nhiệt tỏa từ các lò nấu
giấy, từ các bể dung dịch có nhiệt độ cao, các lò nung, các quy trình sấy, từ các
máy móc, thiết bị, các loại đèn chiếu sáng, nhiệt tỏa ra do người công nhân…
- Ngoài ra một nguồn nhiệt không thể không kể đến, đó là lượng nhiệt truyền
qua các kết cấu công trình: mái nhà, tường nhà, nền nhà… vào bên trong công
trình.
Tất cả các nguồn nhiệt trên sinh ra sẽ tồn tại trong xưởng sản xuất, nếu không có
biện pháp khống chế tốt, chúng sẽ làm cho nhiệt độ môi trường làm việc của công
nhân tăng lên rất nhiều so với nhiệt độ môi trường không khí. Đó là nguyên nhân gây
nên ô nhiễm nhiệt, làm ảnh hưởng trực tiếp đến người công nhân. Có thể thấy điều ấy
qua việc nghiên cứu sự trao đổi nhiệt giữa con người và môi trường.
1.3. Sự biến đổi của chất ô nhiễm trong khí quyển
1.3.1. Sa lắng khô
Sa lắng khô các chất được xem xét qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn dịch chuyển: là quá trình dịch chuyển các chất tới bề mặt;
- Giai đoạn hấp phụ: là quá trình hấp phụ các chất trên bề mặt.

Trang 10
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Trong khí quyển các chất có kích thước hạt nhỏ hơn 5m được vận chuyển bằng
quá trình khuếch tán (cuốn xoáy) nhờ tác động của các lực ma sát tại bề mặt trái đất
mặt với chiều dày khoảng 1mm và luồng khí này có thể coi là song song bề mặt.
Trong lớp khí này sự cuốn xoáy không xảy ra và có thể coi đây là lớp biên chảy
tầng. Các chất khí được khuếch tán qua lớp khí này bằng khuếch tán phân tử, tốc độ
khuếch tán được xác định bằng gradient nồng độ và hệ số khuếch tán phân tử (giá trị
này có thể xác định từ thuyết động học đơn giản). Các hạt nhỏ hơn 0,1µm được mang
qua lớp biên chảy nhờ khuếch tán Brown. Các hạt có kích thước lớn hơn 1,0µm có thể
chuyển qua lớp biên nhờ ảnh hưởng quán tính, nhưng đối với các hạt có kích thước từ
0,1µm đến 1,0µm cả hai cơ chế này đều xảy ra và tốc độ chuyển động qua lớp biên
chảy là nhỏ nhất đối với các hạt có kích thước nằm trong khoảng này. Hầu hết các hạt
aerosol chứa lưu huỳnh và nitơ nằm trong khoảng kích thước 0,1 – 1,0µm, vì vậy
chuyển động của chúng qua lớp biên chảy rất khó khăn.
Độ khó hay dễ của các chất khi chuyển động qua lớp biên được diễn tả bằng trở
lực của lớp biên đối với quá trình sa lắng (rb).
Thuật ngữ thứ hai cần phải bổ sung cho khái niệm trở lực nhằm đánh giá ái lực (sự
thu hút) của chính bề mặt đối với các chất ô nhiễm là trở lực của bề mặt rc hoặc trở lực
của tán lá cây trong trường hợp sa lắng trên lá cây.
Trở lực của bề mặt được xác định bằng ái lực vật lý và hóa học của các chất đối
với bề mặt. Đối với bề mặt đồng nhất (ví dụ bề mặt nước) trở lực của bề mặt có thể
xác định đơn giản. Nhưng đối với cây cối nhiều yếu tố phức tạp cần phải tính đến ví
dụ như lá cây khô hay ướt, khí khổng mở hay đóng,…
Thuật ngữ cần phải tính đến khi xác định tốc độ sa lắng khô của các chất ô nhiễm
là trở lực khí động lực ra. Giá trị này phụ thuộc vào tốc độ gió, độ nhám của bề mặt.
Như vậy trở lực tổng cộng đối với quá trình sa lắng khô rt được xác định như sau:
rt = ra + rb + rc (đơn vị là S/cm hoặc S/m)
1.3.2. Quá trình sa lắng ướt
Nhiều cơ chế khác nhau được giả thiết để giải thích quá trình sa lắng các hợp chất

lưu huỳnh theo các giọt nước mưa.
Bảng 1.4. minh hoạ tỉ lệ đóng góp của mỗi quá trình vào số lượng lưu huỳnh sa
lắng ướt. Giả thiết rằng 65% lưu huỳnh trong nước mưa là các hạt ngưng tụ trong mây
hoặc từ dung dịch oxy hóa các chất khí chứa lưu huỳnh. Tiếp đó 10% có thể được
đóng góp do va đập hoặc thâm nhập mây vào các hạt nước mưa, khoảng 2,5% do quá
trình khuếch tán xuyên (diffusiophoresis) và 2,5% do quá trình khuếch tán Brown (hỗn
loạn).
Chúng ta sẽ xem xét ở đây các quá trình cơ bản:
 Tạo thành các hạt nhân ngưng tụ mây
Trang 11
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Hầu hết các hạt sulfate có đường kính hạt 0,04 – 1,0m được tạo thành trên độ cao
của các đám mây. Những hạt này được tạo thành do oxy hóa SO
2
bằng gốc OH trong
pha khí. Hạt sulfate là hạt nhân cho quá trình ngưng tụ hơi nước để tạo thành mây bao
gồm các hạt với kích thước hạt từ 10-40m. Những hạt này lớn dần do quá trình keo tụ
và tạo thành các hạt mưa rơi xuống đất.
 Hòa tan và oxy hóa SO
2
Oxy hóa SO
2
trong pha lỏng đã được trình bày trong chương trước. Ion sulfate
được tạo thành trong các đám mây có thể rơi xuống đất hoặc có thể bay hơi nước để
tạo thành các sulfate. Sau đó, các hạt sulfate lại đóng vai trò hạt nhân để tạo thành mây
và cuối cùng rơi xuống đất theo các hạt nước mưa.
 Va đập và kết hợp
Các hạt aerosol sulfate có thể xâm nhập vào mây và các giọt nước mưa như kết
quả của quá trình va đập giữa các giọt nước và những hạt sulfate. Sự thanh lọc các hạt
sulfate do cuốn theo nước mưa đóng vai trò quan trọng trong quá trình sa lắng các chất

lưu huỳnh khi mưa nhỏ. Điều đó giải thích sự tăng nồng độ sulfate trong nước mưa
đầu trận mưa lớn.
Bảng 1.4: Một số quá trình sa lắng ướt
Trang 12
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
CHƯƠNG 2
KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN
2.1. Đặc điểm của khí quyển
2.1.1. Thành phần và các tầng của khí quyển
2.1.1.1. Cấu trúc theo chiều thẳng đứng của khí quyển
Hình 2.1: Cấu trúc khí quyển
Dựa trên những đặc tính vật lý và tính chất hoạt động, khí quyển trái đất được chia
thành 5 tầng mỗi tầng có những đặc trưng vật lý khác nhau
Tầng đối lưu (Troposphere)
Là tầng không khí gần mặt đất nhất, độ cao trung bình của nó vào khoảng 11 km:
ở hai cực trái đất chỉ cao từ 8 - 10 km, còn ở vùng xích đạo là 13-15 km. Ðộ cao của
tầng khí quyển này do độ cao của các dòng đối lưu quyết định, bởi vậy nó thay đổi
theo mùa trong năm và thay đổi theo vĩ độ địa lý, do tính chất nhiệt lực quyết định.
Tầng đối lưu là tầng khí quyền hoạt động nhất. Các hiện tượng thời tiết, mưa,
nắng, mây, dông bão đều xảy ra ở tầng khí quyển này. Tầng đối lưu cũng là môi
trường sống của tất cả các sinh vật trên trái đất.
Ðặc điểm quan trọng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm dần theo độ cao. Trung
bình cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm xuống 0,64
0
C.
Trang 13
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Ở tầng này thường xảy ra hiện tượng các dòng không khí đi lên hoặc đi xuống (do
các trung tâm khí áp cao, khí áp thấp , do gặp các chướng ngại vật trên mặt đất, do sự
tranh chấp giữa các khối không khí ). Hiện tượng thăng giáng của các khối không khí

đã làm thay đổi chế độ nhiệt, ẩm của không khí.
Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí trong tầng đối lưu thường diễn ra
hàng ngày, với cường độ mạnh hay yếu tùy theo chế độ nhiệt của mặt đất và là nguyên
nhân làm hơi nước ngưng kết, tạo thành mây, mưa Hiện tượng đi xuống của các khối
không khí (ở các trung tâm áp cao, trên các sườn núi xuống ) làm cho không khí nóng
lên, độ ẩm xa dần trạng thái bão hòa. Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí
là một hiện tượng đặc trưng quan trọng của tầng đối lưu.
Tầng đối lưu chiếm 80% khối lượng khí quyển và 90% hơi nước, thành phần khí
quyển ở tầng này luôn luôn diễn ra sự trao đổi giữa mặt đất, mặt đại dương và khí
quyển.
Tầng bình lưu (Stratosphere)
Tầng bình lưu là tầng tiếp giáp với tầng đối lưu, lên cao tới 50km. Ðặc điểm của
tầng bình lưu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng đứng. Có thể tách tầng này
thành hai lớp:
- Lớp đẳng nhiệt: nằm sát tầng đối lưu lên cao tới 25km, nhiệt độ ít thay đổi, trung
bình vào khoảng -55
0
C. Lớp khí quyển này thường chuyển động theo chiều nằm ngang
từ đông sang tây. Kích thước các khối không khí này có thể tới hàng nghìn cây số.
- Lớp nghịch nhiệt: ở độ cao từ 25 đến trên 50km. Ở tầng này nhiệt độ tăng dần
theo độ cao, nhiệt độ trung bình vào khoảng 0
0
C, tối đa có thể tới trên +2
0
C.
Sư tăng dần nhiệt độ của lớp khí quyển này có thể là do sự có mặt của tầng ôzôn,
chất hấp thu mạnh các tia sóng ngắn của bức xạ mặt trời.
- Phía trên tầng nghịch nhiệt là đỉnh tầng bình lưu (Stratopause), nhiệt độ khá ổn
định, khoảng -2
0

C ở độ cao 50km.
- Tầng Ôzôn đạt nồng độ cực đại từ độ cao 19 – 23km
Tầng trung lưu (Mesosphere)
Tầng trung gian nằm trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 - 90 km. Tầng này nhiệt
độ giảm dần theo độ cao và đạt đến giá trị -92
0
C.
Tầng nhiệt lưu (Thermosphere)
Còn gọi là tầng nhiệt quyển là tầng không khí có độ cao từ 80 - 500km. Ở tầng
này không khí rất thưa loãng. Dưới tác dụng của các tia bức xạ, các chất khí đều bị
phân ly và bị ion hoá mạnh. Khí quyển ở đây có độ dẫn điện cao.
Ðộ dẫn điện cao ở tầng điện ly là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyến
phát đi từ mặt đất, nhờ vậy mà mọi thiết bị vô tuyến điện ở mặt đất, ở các vệ tinh nhân
tạo mới có thể hoạt động bình thường được.
Trang 14
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Tầng ion có thể nhận thấy hai cực đại ion hóa ở độ cao 100 km và 180 - 200km.
Ðặc điểm quan trọng của tầng khí quyển này là nhiệt độ không khí cao và tăng
nhanh theo độ cao. Ở độ cao 200km có nhiệt độ 600
0
C, còn ở giới hạn trên là 1700
o
C.
Tầng khuyếch tán (Exosphere)
Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 đến 3000 km, là tầng chuyển tiếp
giữa khí quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thưa loãng
thành phần chủ yếu là Hydrô và Hêli.
2.1.1.2. Thành phần không khí của lớp khí quyển gần mặt đất
Sự trao đổi liên tục giữa khí quyển, địa quyển, thủy quyển và sinh quyển đã tạo
nên những cân bằng động duy trì sự có mặt và tồn tại của các chất khí trong khí quyển.

Trong một đơn vị thể tích của không khí khô và sạch có chứa 78,08% nitơ (N
2
),
20,95% ôxy (O
2
), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic. Các chất khí nêon, hê li, cripton,
hyđrô, xênon và ôzôn chỉ chiếm 0,01% (Bảng 2.1). Trong khí quyển còn có một số
chất có thành phần biến động như hơi nước, bụi khói, các chất khí độc hại, các ion và
các chất hữu cơ do thực vật thải ra
Bảng 2.1: Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm
STT Tên chất Công thức Tỉ l ệ
Tổng khối lượng
(tấn)
1 Nitơ N
2
78,09% 3850. 10
12
2 Oxy O
2
20,94% 1180. 10
12
3 Argon Ar 0,93% 65. 10
12
4 Cacbonic CO
2
0,032% 2,5. 10
12
5 Neon Ne 18 ppm 64. 10
9
6 Heli He 5,2 ppm 3,7. 10

9
7 Metan CH
4
1,3 ppm 3,7. 10
9
8 Kripton Kr 1,0 ppm 15. 10
9
9 Hydro H
2
0,5 ppm 0,18. 10
9
10 Nitơ ôxit N
2
O 0,25 ppm 1,9. 10
9
11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5. 10
9
12 Ôzon O
3
0,02 ppm 0,2. 10
9
13 Sulfurdioxit SO
2
0,001 ppm 11. 10
6
14 Nitơ dioxit NO
2
0,001 ppm 8. 10
6
2.1.2. Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao

Khi một khối không khí bổ sung bốc lên cao trong khí quyển theo phương thẳng
đứng, nó sẽ chịu tác động của một áp suất mỗi lúc một giảm nhỏ, nó sẽ dãn nở và nhiệt
độ sẽ hạ thấp. Ngược lại khi khối không khí hạ dần độ cao thì nó bị nén ép, áp suất
tăng và kéo theo nhiệt độ cũng tăng cao.
Người ta gọi gradian nhiệt độ đoạn nhiệt khô là độ hạ hoặc tăng nhiệt độ của một
khối không khí trong quá trình bốc lên cao hoặc hạ xuống thấp trong khí quyển khô
Trang 15
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Trong trường hợp không khí được vận chuyển theo phương thẳng đứng trong
bầu khí quyển, hiệu quả của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ là chiếm ưu thế, còn
quá trình truyền nhiệt với môi trường xung quanh bằng dẫn nhiệt và bức xạ là thứ yếu,
có thể bỏ qua. Điều đó có nghỉa là khối lượng không khí được nung nóng hoặc làm
nguội từ các nguồn nhiệt bên ngoài (mà chỉ do nội tại của quá trình dãn nở), tức dQ =
0. Mọi quá trình xảy ra với dQ = 0 được gọi là quá trình đoạn nhiệt (adiabatic).
Khi nhiệt độ đột nhiên tăng theo chiều cao lúc đó ta có nghịch nhiệt.
Nếu sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có độ giảm nhiệt độ theo chiều cao mạnh
hơn so với độ giảm nhiệt độ theo quá trình đoạn nhiệt – người ta gọi đò là phân bố
nhiệt độ “siêu đoạn nhiệt”. Ngược lại, nếu lực tác động ban đầu đẩy khối không khí
xuống dưới thì nhiệt độ không khí của nó nhỏ hơn tức nặng hơn so với không khí xung
quanh và như thế nó sẽ tiếp tục chuyển động xuồng dưới.
Hình 2.2: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế siêu đoạn nhiệt
Điều kiện phân bố nhiệt độ siêu đoạn nhiệt là điều kiện khí quyển không ổn định.
Trong điều kiện này các chất ô nhiễm khuếch tán ra môi trường xung quanh thuận lợi
và nhanh chóng.
Trong trường hợp phân bố nhiệt độ theo chiều cao trùng với đường đoạn nhiệt ta
có điều kiện khí quyển trung tính.
Trong điều kiện khí quyển trung tính nếu một khối không khí ở vị trí ban đầu bất
kỳ bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quá
trình đoạn nhiệt và luôn luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, khối
lượng của nó không nặng cũng không nhẹ hơn so với không khí xung quanh và do đó

nó sẽ chiếm vị trí cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động theo lực đẩy ban đầu.
trong điều kiện không khí trung tính sự khuếch tán chất ô nhiễm không thuận lợi bằng
điều kiện không ổn định.
Trang 16
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Hình 2.3: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế dưới đoạn nhiệt
Khi độ giảm nhiệt độ theo chiều cao dương nhưng nhỏ hơn so với gradian nhiệt độ
của quá trình đoạn nhiệt khô, ta có khí quyển ổn định.
Trong trường hợp này một khối không khí bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp thì nhiệt
độ của nó theo quá trình đoạn nhiệt sẽ nhỏ hơn hoặc lớn hơn nhiệt độ xung quanh tức
khối lượng của nó nặng hơn hoặc nhẹ hơn khối không khí xung quanh. Sự chênh lệch
nhiệt độ đó cũng tức lả chênh lệch khối lượng đơn vị - sẽ có xu hướng kéo khối không
khí trở lại vị trí ban đầu. Như vậy trong điều kiện khí quyển ổn định luôn luôn có hiện
tượng kìm hãm sự chuyển động thẳng đứng của không khí và do đó sự khuếch tán các
chất ô nhiễm cũng bị hạn chế.
Hình 2.4: Sự thay đổi nhiệt độ không khí theo cơ chế nghịc nhiệt
Trang 17
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Nói chung cả 3 mức ổn định của khí quyển nêu trên, ta có thể bắt gặp cùng một
địa điểm vào thời gian khac nhau trong ngày khi thời tiết mùa xuân nắng ráo, không
mây, không mưa và gió nhẹ.
2.2. Độ ổn định của khí quyển
Theo Pasquill và Gifford, các cấp ổn định của khí quyển có liên quan chặt chẽ với
sự biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao. Tuỳ theo chiều hướng và mức độ thay
đổi nhiệt độ theo chiều cao ta có các trường hợp đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, siêu nhiệt
hoặc nghịch nhiệt.
Hình 2.5: Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên mặt đất
Trang 18
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết như bức xạ

mặt trời ban ngày, độ mây che phủ về ban đêm, vận tốc gió…
Bảng 2.2: Xác định các cấp ổn định của khí quyển theo Pasquill
Ghi chú :
1. Các cấp ổn định A, B, C,… F
2. Độ mây được xác định như là tỷ lệ vùng trời bị mây phủ so với toàn bộ bầu trời
nhìn thấy trên đưòng chân trời.
3. Bức xạ mặt trời mạnh ứng với trường hợp trời nắng gắt vào buổi trưa giữa mùa
hè hoặc có thể coi nó tương ứng với biên độ bức xạ mặt trời > 60
0
4. Bức xạ mặt trời vừa là lúc giữa buổi sáng hoặc có thể tính tương đương khi bức
xạ mặt trời từ 35 – 60
0
5. Bức xạ mặt trời yếu ứng với trường hợp trời nắng vào buổi trưa giữa mùa đông
hoặc khi biên độ bức xạ mặt trời < 35
0
.
6. Điều kiện trung tính áp dụng cho trường hợp trời nhiều mây ban ngày hoặc ban
đêm.
7. Khi gió yếu (< 2m/s) vào ban đêm và trời trong, là điều kiện hình thành sương
gió, sự lan toả theo chiều đứng sẽ nhỏ hơn nhiều rõ rệt so với cấp F do đó ở bảng trên
để trống không xác định cấp ổn định nào bởi vì luồng khói ít có khả năng đi theo một
hướng nhất định.
8. Đối với các cấp ổn định trung gian A-B, B-C… các hệ số σy, σz được lấy giá trị
trung bình của hai cấp tương ứng.
Sự phân cấp ổn định của khí quyển theo Paquill còn được cụ thể hoá phụ thuộc
theo độ cao mặt trời (hO), lượng mây tầng thấp, tầng cao
Trang 19
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
2.3.Những điều kiện ảnh hưởng đến sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí
quyển

2.3.1. Yếu tố nguồn gây ô nhiễm
Các yếu tố về nguồn bao gồm: tải lượng chất ô nhiễm, tốc độ và nhiệt độ khí thải,
chiều cao và đường kính đỉnh của nguồn, bản chất của khí thải…
- Tải lượng chất ô nhiễm: là khối lượng chất ô nhiễm thải ra ngoài khí quyển. Đây
là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Tải
lượng chất ô nhiễm càng lớn có nghĩa là chất ô nhiễm thải ra khí quyển càng nhiều và
mức độ ô nhiễm càng tăng.
- Tốc độ của khí thải: là vận tốc của khí thải trước khi thoát ra khỏi nguồn. Thông
thường đó là vận tốc của khí thải tính theo đường kính đỉnh của nguồn. Vận tốc khí
thải càng lớn thì phát tán chất ô nhiễm càng xa và ngược lại.
- Nhiệt độ của khí thải: là nhiệt độ của khí thải trong ống khói trước khi thải ra khí
quyển. Nhiệt độ của khí thải càng lớn dẫn đến độ chênh nhiệt độ giữa khí thải và
không khí bên ngoài càng lớn và cuối cùng chúng tạo ra độ chênh áp suất giữa khí thải
và không khí bên ngoài càng lớn thúc đẩy quá trình phát tán càng xa hơn.
- Chiều cao của nguồn: là chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh của ống khói. Chiều
cao của nguồn có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễm. Chiều
cao của nguồn càng lớn thì chất ô nhiễm phát tán càng xa và ngược lại. Tuy nhiên,
việc nâng cao chiều cao của nguồn để pha loãng khí thải cũng có giới hạn do chúng
còn phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế, kỹ thuật khi xây dựng nó.
- Đường kính đỉnh của nguồn: là đường kính trong của ống khói. Nếu ống khói có
dạng hình côn thì đó là đường kính trong tại đỉnh ống khói. Thông số này có liên quan
đến lưu lượng và tốc độ chuyển động của khí thải trước khi ra khỏi ống khói. Đường
kính của ống khói càng nhỏ thì tốc độ khí thải càng lớn và quá trình phát tán càng xa
và ngược lại.
- Bản chất của khí thải: là kể đến các tính chất vật lý, hoá học của chất ô nhiễm.
Các tính chất này cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát tán của chất ô nhiễm
trong khí quyển. Ví dụ, với chất khí thì thường phát tán xa hơn chất lỏng; các chất có
trọng lượng lớn thì dễ xảy ra các quá trình sa lắng khô, sa lắng ướt hơn các chất có
trọng lượng bé. Các loại có khi có nồng độ bụi cao và kích thước hạt lớn thì thường
phát tán gần hơn, các hạt bụi sau khi ra khỏi ống khói sẽ bị sa lắng khô và sa lắng rất

nhanh hơn kết quả là chúng rơi gần ống khói hơn.
Trang 20
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
2.3.2. Yếu tố khí tượng thủy văn
2.3.2.1. Biến trình ngày và sự phân bổ nhiệt độ theo chiều cao
Thông thường, trong điều kiện thời tiết nêu trên, độ giảm nhiệt độ theo chiều cao
diễn ra theo đường gần như đoạn nhiệt vào nữa cuối ngày sau buổi trưa, khi mặt trời
đã cung cấp đủ năng lượng để làm ấm lớp không khí sát mặt đất.
Cũng điều kiện thời tiết như trên nhưng nếu cường độ bức xạ mặt trời lớn (mùa
hè) mặt đất có thể bị đốt nóng dữ dội, làm cho lớp không khí tiếp giáp mặt đất lần lượt
bị nung nóng nhanh chóng, cuối cùng ta sẽ có khí quyển siêu đoạn nhiệt.
Sau khi Mặt Trời lặn, vào ban đêm do không có bức xạ mặt trời và mặt đất là vật
đen lý tưởng phát ra tia hồng ngoại rất mạnh và hiệu quả vào không trung nên nó được
làm nguội một cách nhanh chóng làm cho lớp không khí sát mặt đất tuần tự nguội
theo. Kết quả là vào sáng hôm sau quan sát thấy ở mặt đất nhiệt độ tăng dần theo chiều
cao và độ cao có thể đạt đến là 300m. Đó là lớp khí quyển nghịch nhiệt, người ta gọi
lớp khí quyển này là nghịch nhiệt bức xạ.
Khi mặt trời lên cao làm ấm lớp không khí sát mặt đất, quá trình tiếp tục diễn ra
cho đến giữa trưa khi mà lớp không khí này đủ năng lượng phá tan lớp nghịc nhiệt tồn
tại tử đêm hôm trước.
2.3.3.2. Nghịch nhiệt
Nghịch nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong khí hậu học ô nhiễm không khí. Khi
có nghịch nhiệt không khí trở nên rất ổn định và ngăn cản môi chuyển động thẳng
đứng của khối khí do lực nổi gây ra. Độ ổn định do ngịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế
trao đổi năng lượng gió của lớp không khí sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trên
cao và do đó làm cản trở quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương đứng
lẫn phương ngang.
Nghịch nhiệt được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:
− Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới
− Làm nóng không khí từ phía trên

− Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp không khí ấm
− Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên không khí lạnh
2.3.3.3. Độ cao hòa trộn
Khi mặt đất bị đốt nóng không đều thì bộ phận không khí tiếp giáp với chỗ mặt đất
bị đốt nóng mạnh nhất sẽ có nhiệt độ cao và bay lên nối tiếp nhau thành cột không khí
nóng, không khí mát trên cao sẽ chìm xuống để thay thế. Kết quả ta có sự hòa trộn
không khí theo phương thẳng đứng trẹn phạm vi rộng và kéo theo sự hòa trộn theo
phương ngang.
Trang 21
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
2.3.3.4. Tốc độ gió
Là tốc độ chuyển động của không khí trong khí quyển do chênh lệch áp suất của
không khí giữa các vùng với nhau.
Thực chất tốc độ chuyển động của không khí luôn biến đổi theo cả chiều đứng và
chiều ngang làm xáo trộn tầng khí quyển và dẫn đến xáo trộn sự phát tán, pha loãng
khí thải trong khí quyển. Đây là yếu tố quan trọng nhất làm cho khí quyển không ổn
định, luôn luôn biến đổi. Đây là nhân tố rất quan trọng để xác định độ bền vững khí
quyển trong mô hình tính toán. Thông thường nếu trong cùng một điều kiện như nhau,
nếu tốc độ gió càng lớn thì khả năng phát tán và pha loãng khí thải càng cao.
2.3.3.5. Độ ẩm của không khí
Là lượng hơi nước chứa trong không khí. Lượng hơi nước chứa trong không khí
phụ thuộc vào nhiệt độ và phân áp suất của hơi nước. Trong điều kiện bình thường hơi
nước chứa trong khí quyển ở trạng thái chưa bão hoà, gặp khi trời mưa độ ẩm của
không khí tăng lên, nếu trời mưa lâu không khí có thể đạt trạng thái bão hoà. Không
khí có độ ẩm càng thấp thì khả năng phát tán, pha loãng khí thải càng cao và ngược lại.
Với những ngày trời nắng thì khí thải phát tán tốt hơn những ngày trời ẩm thấp hoặc
vùng có nhiều sương mù. Tuy nhiên, cũng phải thấy thêm rằng khi độ ẩm không khí
cao tức là lượng hơi nước trong khí quyển nhiều sẽ giúp cho quá trình sa lắng ướt hoặc
các phản ứng hoá học giữa các chất ô nhiễm háo nước với hơi nước có trong khí quyển
nhanh hơn. Điều này dẫn đến việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển

nhưng lại làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mưa. Điều này cũng lý giải
tại sao ở 10 phút đầu của trận mưa nồng độ SO
4
2-
thường lại rất cao.
2.3.3.6. Bức xạ mặt trời và độ mây che phủ
Thực chất hai yếu tố này ảnh hưởng cũng không ít đến quá trình phát tán chất ô
nhiễm. Tuy nhiên, mức độ của nó thấp hơn các yếu tố nêu trên.
2.3.3.7. Nhiệt độ không khí
Là đại lượng biểu thị mức độ nóng hay lạnh của không khí. Yếu tố này có liên quan
đến quá trình phát tán chất ô nhiễm thông qua hiệu số nhiệt độ giữa khí thải và không
khí trong khí quyển như đã trình bày ở trên.
2.3.3. Ảnh hưởng của địa hình
Lý thuyết và các công thức tính toán sự phân bố nồng độ ô nhiễm trên mặt đất do
nguồn điểm cao (ống khói) gây ra đã xem xét trước đây đều áp dụng cho địa hình bằng
phẳng.
Trường hợp địa hình không bằng phẳng, trên đường lan truyền làn khói gặp vật cản
có dạng như núi đồi, vực sâu, thung lũng … khi đó vận tốc gió sẽ bị thay đổi, mức độ
rối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khói sẽ bị biến dạng, kéo theo là sự
phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói cũng như trên mặt đất bị thay đổi.
Trang 22
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Hình 2.6-1: Hình ảnh của luồng khói trên địa hình có đồi núi
Ở phía đón gió của sườn đồi luồng gió chuyển động theo các đường dòng của
không khí và do đó có xu hướng vừa va đập vào sườn đồi vừa bị hất ngược lên cao. Vì
vậy nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao so với trường hợp địa hình bằng
phẳng.
Ở phía khuất gió của ngọn đồi, bức tranh càng phức tạp hơn do có hiện tượng quẩn
gió làm cho chất ô nhiễm bị ứ đọng lại trong khu vực này và không lan tỏa được ra xa
hơn nữa.

Nhìn chung, ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán chất ô nhiễm là
rất đa dạng và phức tạp, không thể áp dụng một lý thuyết tổng quát nào bao trùm hết
mọi hình thái vật cản và tình huống có thể xảy ra mà chỉ giới hạn trong một trường
hợp đơn giản và cần dựa vào nghiên cứu thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể là
chủ yếu.
Theo Berliand M.E và cộng sự thì đối với địa hình có đồi núi thung lũng hoặc
sườn dốc kéo dài theo chiều trực giao với hướng gió nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất
cũng được tính toán như trường hợp địa hình bằng phẳng nhưng kết quả nhận được
thêm hệ số để kể đến ảnh hưởng của vật cản.
Hình 2.6-2: Hình ảnh của luồng khói trên địa hình có đồi núi
Trang 23
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
Hình 2.6-3: Hình ảnh của luồng khói trong thung lũng và vùng ven biển
2.5. Khuếch tán ô nhiễm từ các nguồn điểm cao
2.5.1. Hình dáng luồng khuếch tán chất ô nhiễm
Độ rối không khí được phân biệt thành hai dạng khác nhau: độ rối đối lưu do nhiệt
gây ra và độ rối cơ học. Độ rối cơ học xảy ra từ chuyển động của không khí trên mặt
đất và nó phụ thuộc vào những yếu tố không thuộc về nhiệt như: nhà cửa, vật cản đối
với chuyển động của không khí. Độ rối cơ học tăng khi vận tốc gió tăng và mặt đất gồ
ghề, lồi lõm.
Rối cơ học và đối lưu do nhiệt thường tác động một cách đồng thời với tỉ lệ khác nhau
đến quá trình khuếch tán chất ô nhiễm.
Rối đố lưu được hình thành phần lớn là do chênh lệch nhiệt độ giữa luồng khói và
không khí xung quanh. Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao của khí quyển liên quan
chặt chẽ đến chênh lệch nhiệt độ nói trên là yếu tố quan trọng của hiện tượng đối lưu.
Hình dáng và sự phân bố nồng độ của luồng khói phụ thuộc vào các điều kiện khí
quyển:
a) Khí quyển không ổn định tức là khi phân bố nhiệt độ theo độ cao có dạng siêu
đoạn nhiệt, luồng khói sẽ có dạng uốn lượn. Đó là dạng luồng khói điển hình
thường có vào ban ngày khi mặt trời đốt nóng mặt đất với cường độ bức xạ lớn. Khi

Trang 24
Bài giảng: Cơ sở công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn
có vật cản trên đường di của vệt khói như có đồi núi chắn ở phía trước luồng gió
cũng tạo ra hình dạng tương tự.
b) Luồng khói dạng hình côn thường hình thành trong điều kiện khí quyển trung
tính hoặc gần trung tính. Góc mở của luồng khói hình côn thường khoảng 20
0
.
c) Luồng khói hình quạt thường xảy ra trong điều kiện khí quyển ổn định với phân
bố nhiệt độ theo chiều cao theo dạng ngịch nhiệt kết hợp với gió nhẹ. Trong điều
kiện này tính chất rối cơ học bị triệt tiêu theo chiều đứng và chỉ phát triển được theo
chiều ngang làm cho luồng khói có dạng mỏng và xòa rộng trên mặt bằng như hình
cái quạt. luồng khói hình quạt thường xuất hiện vào ban đêm.
d) Khi khí quyển có sự phân tầng, ở phía dưới sát mặt đất trong phạm vi độ cao
ống khói có ngịch nhiệt còn ở phía trên vẫn có phân bố nhiệt độ bình thường (đoạn
nhiệt, siêu đoạn nhiệt hoặc dưới đoạn nhiệt) thì chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở gần mép
trên của lớp nghịch nhiệt và tạo thành mặt dưới khá bằng phẳng của luồng khói,
chất ô nhiễm khuếch tán được thuận lợi hơn ở mặt trên. Trong điều kiện này rất có
lợi về mặt môi trường vì nồng độ chất ô nhiễm ở mặt đất được hạn chế ở mức thấp.
Luồng khói khuếch tán mạnh ở biên trên thường xuất hiện vào buổi chiều tối khi
mặt trời lặn, trời trong, không mây.
e) Cũng tương tự như trường hợp trên nhưng sự phân tầng ngược lại: lớp ngịch
nhiệt ở bên trên lớp siêu đoạn nhiệt – ta có bức tranh gần như đối xứng với hình
dáng luồng khói ở trường hợp d: luồng khói khuếch tán mạnh ở mặt dưới – “xông
khói” mặt đất. Đây là trường hợp bất lợi vì nhiệt độ mặt đất sẽ tăng cao. Hiện tượng
này thường xảy ra vào buổi sáng khi mặt trời hâm nóng mặt đất và các lớp không
khí mỏng tuần tự từ dưới lên trên nhưng chưa đủ để loại bỏ lớp nghịch nhiệt hình
thành từ đêm hôm trước
f) Khi cả bên trên và bên dưới ống khói đều có lớp ngịch nhiệt, luồng khói sẽ bị
giới hạn bởi 2 lớp ngịch nhiệt và chất ô nhiễm khó khuếch tán lên trên lẫn xuống

dưới.
2.5.2. Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm
Phương trình vi phân cơ bản của quá trình khuếch tán chất ô nhiễm dạng khí và
dạng lơ lửng trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi tính toán toán học về quá
trình này là xuất phát từ phương trình cổ điển về dẫn nhiệt trong vật rắn [F.Pasquill
Noel de nevers ].
Trong trường hợp ta đang xem xét ở đây là dòng khí chảy rối, phương trình biểu
diễn nồng độ chất ô nhiễm khối lượng của chất đó trên đơn vị thể tích tại một điểm có
tọa độ x, y, z có dạng như sau:
Trang 25