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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
PGS.TS. NGUYỄN ĐINH TUẤN (Chủ biên)
Th S. NGUYỄN THANH HÙNG













KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
2007

1
LỜI NÓI ĐẦU

Ô nhiễm không khí là một vấn đề môi trƣờng nóng bỏng tại hầu hết các đô thị trên
thế giới hiện nay. Việt nam là một nƣớc đang phát triển với tốc độ “nóng”, vì vậy các vấn
đề môi trƣờng, trong đó có môi trƣờng không khí đang trở nên bức xúc. Khí thải từ các
hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, thƣơng mại, dịch vụ và sinh hoạt của con
ngƣời đã xuất hiện hoặc gia tăng nồng độ các chất độc hại có trong môi trƣờng không khí
làm ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời, động, thực vật, góp phần làm hƣ hại tài sản trên
bình diện toàn cầu, khí thải từ các hoạt động nói trên còn gây nên những vấn đề lớn trên
bình diện toàn cầu nhƣ mƣa axit, sự suy giảm tầng ôzôn, sự nóng lên của trái đất Vì vậy
việc kiểm soát ô nhiễm không khí là vô cùng cần thiết và cấp bách.
Giáo trình kiểm soát ô nhiễm không khí đƣợc biện soạn nhằm mục đích phục vụ
cho đối tƣợng chính là sinh viên đại học, sinh viên cao học các ngành khoa học môi

trƣờng, quản lý môi trƣờng và công nghệ môi trƣờng. Sinh viên các chuyên ngành khác
và các cán bộ khoa học kỹ thuật cũng có thể sử dụng giáo trình này nhƣ một tài liệu tham
khảo phục vụ công tác nghiên cứu hoặc thiết kế các công trình xử lý khí thải. Giáo trình
trình bày một cách khá đầy đủ các nội dung liên quan đến kiểm soát ô nhiễm không khí
nhƣ ngăn ngừa ô nhiễm từ nguồn phát sinh, hệ thống thu gom và vận chuyển khí thải, các
kỹ thuật và thiết bị xử lý khí thải
Để thực hiện giáo trình này tác giả đã nhận đƣợc sự trợ giúp một phần kinh phí từ
Dự án “Tăng cƣờng năng lực đào tạo và nghiên cứu khoa học cho Viện Môi trƣờng và
Tài nguyên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh” do SDC tài trợ. Tác giả cũng nhận
đƣợc sự giúp đỡ về mặt kỹ thuật trong việc chuẩn bị bản thảo từ Th.S Nguyễn Thị Thục
Thùy, KS. Nguyễn Viết Vũ, KS. Giang Hữu Tài, KS. Châu Ngọc Cẩm Vân. Nhân dịp
sách đƣợc xuất bản tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các tổ chức, cá nhân đã có
những đóng góp cho việc ra đời của giáo trình này.
Tuy đã có nhiều năm hoạt động đào tạo và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực ô
nhiễm không khí nhƣng kiến thức có hạn cho nên giáo trình này không tránh khỏi nhƣng
thiếu sót và hạn chế. Tác giả mong muốn nhận đƣợc ý kiến đóng góp của bạn đọc để có
thể hoàn thiện hơn cho những lần tái bản sau này.

Thay mặt các tác giả

PGS.TS. Nguyễn Đinh Tuấn

2
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 0
CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 0
1.1 BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT TẠI NGUỒN 0
1.1.1 Biện pháp dùng công nghệ sạch 0
1.1.2 Bố trí nguồn 1
1.1.3 Cách ly nguồn 3

1.2 BIỆN PHÁP PHÁT TÁN PHA LOÃNG 3
1.2.1 Khái niệm về sự phát thải 3
1.2.2 Mô hình phát thải cho nguồn thải cao (Mô hình chùm khói Gaussian) 6
1.2.2.1 Nguyên tắc cơ bản 6
1.2.2.2 Phƣơng trình cơ bản của mô hình chùm khói Gaussian 7
1.2.2.3 Các giả thiết trong GPM 8
1.2.2.4 Các thông số phát tán 9
1.2.2.5 Tốc độ gió 11
1.2.2.6 Nồng độ ở mặt đất 12
1.2.2.7 Cột khói và nền 12
1.2.3 Mô hình phát tán cho nguồn thải thấp 15
1.2.3.1 Khái niệm về nguồn thải thấp 15
1.2.3.2 Xác định nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp dạng ống khói, ống thải khí
và cửa mái thông gió nhà công nghiệp gây ra. 16
1.2.3.3 Nguồn đƣờng 24
1.2.3.4 Nguồn mặt 28
CHƢƠNG 2 32
THÔNG GIÓ VÀ VẬN CHUYỂN KHÔNG KHÍ 32
2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 32
2.2 PHÂN LOẠI 32
2.2.1 Hệ thống thông gió cấp 33
2.2.2 Hệ thống thông gió thải 33
2.2.2.1 Sự chênh lệch nhiệt độ không khí bên trong và bên ngoài nhà (do có nhiệt
thừa Qth) 35
2.2.2.2 Tác động của gió qua nhà 35
2.2.2.3 Tác động đồng thời của nhiệt thừa Qth và gió 35
2.3 TÍNH TOÁN LƢU LƢỢNG THÔNG GIÓ 36
2.3.1 Tính toán lƣu lƣợng thông gió chung 36
2.3.1.1 Lƣu lƣợng thông gió khử nhiệt thừa 36
2.3.1.2 Lƣu lƣợng thông gió khử hơi nƣớc thừa 37

2.3.1.3 Lƣu lƣợng thông gió cho nhà dân dụng 37
2.3.1.4 Lƣu lƣợng thông gió khử ô nhiễm 38
2.3.2 Tính toán lƣu lƣợng thông gió cục bộ 42
2.3.2.1 Chụp hút 42
2.3.2.2 Miệng hút trên thành bể 43
2.4 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ 44
2.4.1 Ống dẫn không khí 44
2.4.2 Tính toán thiết kế hệ thống ống dẫn không khí 46
2.4.2.1 Các phƣơng trình cơ bản 46

3
2.4.2.2 Tổn thất áp suất trong đƣờng ống 46
2.4.2.3 Các phƣơng pháp tính toán tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn không
khí 49
2.4.2.4 Trình tự tính toán 49
CHƢƠNG 3 53
KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI 53
3.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 53
3.1.1 Bụi và các đặc tính của bụi 53
3.1.2 Thiết bị xử lý bụi và đặc tính của thiết bị 55
3.2 THIẾT BỊ THU BỤI THEO NGUYÊN LÝ TRỌNG LỰC VÀ QUÁN TÍNH 56
3.2.1 Khái niệm cơ bản : 56
3.2.2 Buồng lắng bụi 56
3.2.3 Thiết bị thu bụi kiểu tấm chớp 58
3.2.4 Xyclon 58
3.2.4.1 Xyclon đơn 59
3.2.4.2 Xyclon tổ hợp 61
3.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI 62
3.3.1 Khái niệm cơ bản 62
3.3.2 Thiết bị lọc bụi túi vải 63

3.3.3 Lƣới lọc bụi 65
3.3.4 Lƣới lọc thùng quay 66
3.3.5 Lƣới lọc bụi bằng giấy 66
3.3.5 Thiết bị lọc dạng xơ sợi 67
3.4 THIẾT BỊ THU BỤI THEO PHƢƠNG PHÁP ƢỚT 67
3.4.1 Khái niệm cơ bản 67
3.4.2 Buồng rửa khí 68
3.4.3 Tháp rửa khí 68
3.4.4 Xyclon ƣớt 69
3.4.5 Thiết bị sủi bọt 70
3.4.6 Thiết bị thu bụi tẩm dầu 71
3.4.7 Thiết bị thu gom bụi dùng venturi 72
3.5 THIẾT BỊ THU GOM BỤI BẰNG ĐIỆN 73
3.6 LỰA CHỌN THIẾT BỊ THU BỤI 76
CHƢƠNG 4 77
XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ 77
4.1 GIỚI THIỆU 77
4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ HẤP THỤ 79
4.2.1 Cân bằng pha trong hệ khí - lỏng 79
4.2.2 Quy luật động học 80
4.3 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ 87
4.3.1 Tháp đệm 87
4.3.2 Tháp mâm (Plate Tower) 91
4.3.3 Các buồng phun (Spray Chambers) 93
4.3.4 Thiết bị lọc khí Venturi (Venturi Scrubber) 94
4.3.5 Thiết bị lọc khi dạng phun tia (Jet Scubber) 94
4.2.6 Các thiết bị rửa ƣớt 95
4.4 NHỮNG KHÁI NIỆM THIẾT KẾ CHUNG 96

4

4.4.1 Chiều cao và số đơn vị truyền khối 98
4.4.2 Số mâm của tháp 100
4.4.3 Lựa chọn thiết bị 100
4.4.4 Lựa chọn dung môi hấp thụ 100
4.4.5 Các số liệu về sự cân bằng của hệ lỏng - khí 101
4.4.6 Tỉ lệ pha lỏng / pha khí 101
4.4.7 Đƣờng kính tháp và độ giảm áp 101
4.5 ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH HẤP THỤ ĐỂ XỬ LÝ KHÍ THẢI TẠI NGUỒN 105
4.5.1 Làm sạch khí khỏi SO
2
105
4.5.2 Làm sạch khí thải khỏi H
2
S, CS
2
và mercaptan 118
4.5.3 Tách oxyt nitơ từ khí thải 122
4.5.4 Làm sạch khí thải khỏi các halogen và hợp chất 127
4.5.5 Tách khí CO từ khí thải 134
4.6 GIẢI HẤP ĐỂ THU HỒI CÁC KHÍ ĐÃ BỊ HẤP THỤ 141
CHƢƠNG 5 143
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ 143
5.1 GIỚI THIỆU 143
5.2 NGUYÊN LÝ CHUNG 144
5.3 LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA HẤP PHỤ 146
5.3.1 Sự cân bằng khi hấp phụ 150
5.3.2 Qui luật động học của quá trình hấp phụ: 153
5.3.3 Giải hấp 161
5.4 CHẤT HẤP PHỤ 162
5.4.1 Các tính chất 162

5.5 THIẾT BỊ VÀ CÁC KIỂU HỆ THỐNG 166
5.5.1 Thiết bị 166
5.5.2 Các kiểu hệ thống hấp phụ 168
5.5.3 Thu hồi chất hấp phụ và bỏ chất bị hấp phụ 172
5.6 NHỮNG ÁP DỤNG ĐỂ KIỂM SOÁT NGUỒN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 172
5.6.1 Ảnh hƣởng của các biến số quá trình 172
5.6.2 Các quá trình đặc trƣng 174
CHƢƠNG 6 190
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT VÀ XÖC TÁC 190
6.1 GIỚI THIỆU 190
6.2 NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH ĐỐT 190
6.3 LÒ ĐỐT BỔ SUNG 192
6.3.1 Lò đốt bổ sung dùng nhiệt 192
6.3.2 Lò đốt bổ sung có xúc tác : 193
6.3.3 Thu hồi nhiệt 194
6.4 LÒ NUNG 196
6.5 LÒ LỬA 196
6.6 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP XÚC TÁC 197
6.7 QUY LUẬT ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 199
6.8 TÁCH OXYT NITƠ BẰNG CHẤT XÚC TÁC RẮN 205
6.8.1 Khử ở nhiệt độ cao có xúc tác 205
6.8.2 Khử có xúc tác chọn lọc khí oxyt nitơ 206
6.8.3 Phân hủy oxyt nitơ bằng phƣơng pháp khử dị thể 207

5
6.8.4 Phân hủy NO
x
bằng phƣơng pháp khử đồng thể và dị thể không có xúc tác . 207
6.9 TÁCH KHÍ SO
2

BẰNG PHẢN ỨNG CÓ XÚC TÁC 209
6.10 PHƢƠNG PHÁP TIẾP TỤC XỬ LÝ KHÓI 210
6.11 TÁCH CÁC CHẤT HỮU CƠ BẰNG PHẢN ỨNG CÓ XÚC TÁC 210
6.12 XỬ LÝ CO BẰNG PHƢƠNG PHÁP XÚC TÁC 211
6.13 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG NHIỆT ĐỘ CAO 212
CHƢƠNG 7 214
KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ NGUỒN DI ĐỘNG 214
7.1 PHÂN LOẠI NGUỒN DI ĐỘNG 214
7.2 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ Ô TÔ 215
7.2.1 Kỹ thuật kiểm soát sự thải 215
7.2.2 Kiểm soát sự bay hơi của nhiên liệu 216
7.2.3 Kiểm soát khí thải của các loại ô tô thông dụng 216
7.2.3.1 Công tác giám sát môi trƣờng không khí 217
7.2.3.2 Kiểm tra khói thải của xe 217
7.2.3.3 Biện pháp sử dụng nhiên liệu sạch 218
7.2.3.4 Hạn chế sự bay hơi của nhiên liệu 218
7.2.3.5 Biện pháp kỹ thuật để tăng cƣờng sự cháy. 218
7.2.3.6 Các biện pháp hỗ trợ khác 218


6
CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống tọa độ của mô hình chùm khói Gaussian và phân bố nồng độ trong
chùm khói 6
Hình 1.2: Sự “phản xạ” của chùm khói ở mặt đất đƣợc giả thiết cho nguồn ảo ở chiều cao
hiệu dụng He âm. 8
Hình 1.3: Hàm tốc độ gió theo chiều cao (ứng với độ ổn định khí quyển) khác nhau 11
Hình 1.4: Chiều cao hiệu dụng của ống khói (H
e
) 13

Hình 1.5: Sự hạ khói đầu ống thải vì tốc độ xả quá nhỏ 15
Hình 1.6: Biểu đồ xác định hệ số k phụ thuộc vào độ cao tƣơng đối H của nguồn thải. Độ
cao tƣơng đối H của nguồn thải đƣợc xác định theo chú thích 1 đã ghi trên đây 22
Hình 1.7: Biểu đồ xác định các hệ số S, S
1
, S
2
, S
3
và S
4
22
Hình 1.8: Biểu đồ xác định hệ số m phụ thuộc vào thông số b 23
Hình 1.9: Sơ đồ tính toán của nguồn đƣờng 24
Hình 1.10: Sơ đồ chuyển động của khí khi gió thổi ngang qua đƣờng phố 27
Hình 1.11: Đô thị hình chữ nhật và mô hình “hộp cố định” 30
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống thông gió cấp 33
Hình 2.2: Hệ thống thông gió thải 34
Hình 2.3: Hệ thống thông gió cấp và thải 35
Hình 2.4: Thông gió tự nhiên do chênh lệch nhiệt độ 35
Hình 2.5: Thông gió tự nhiên do tác dụng của gió 35
Hình 2.6: Thông gió tự nhiên dƣới tác dụng của gió và nhiệt thừa 36
Hình 2.7: Chụp hút trên nguồn ô nhiễm 42
Hình 2.8: Chụp hút trên sàn hoặc băng chuyền 43
Hình 2.9: Nguồn tự do trƣớc mặt miệng hút 43
Hình 2.10: Miệng hút trên thành bể 44
Hình 2.11: Các loại ống dẫn không khí 45
Hình 2.12: Ống dẫn không khí trong nhà công nghiệp 45
Hình 2.13: Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất (n) đối với ống có độ nhám k=0,1mm 48
Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi. 56

Hình 3.2: Giới thiệu một số buồng lắng bụi 58
Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của xyclon 59
Hình 3.4: Hai dạng xyclon đơn 59
Hình 3.5: Xyclon tổ hợp 61
Hình 3.6: Thiết bị lọc bụi túi vải 63
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý lắp đặt lƣới lọc 65
Hình 3.8: Cấu tạo lƣới lọc thùng quay 66
Hình 3.9: Cấu tạo thiết bị lọc bụi bằng giấy 67
Hình 3.10: Buồng rửa khí 68
Hình 3.11: Tháp lọc rửa khí 69
Hình 3.12: Xyclon ƣớt 70
Hình 3.13: Thiết bị sủi bọt 71
Hình 3.14: Thiết bị thu bụi tẩm dầu 71
Hình 3.15: Thiết bị thu bụi dùng ventury 72
Hình 3.16: Sơ đồ cấp nƣớc vào ventury 73
Hình 3.17: Sơ đồ cấu tạo thiết bị thu bụi tĩnh điện 74

7
Hình 3.18: Cực phóng điện 74
Hình 3.19: Một số dạng tấm thu bụi 74
Hình 3.20: Cách thức phân phối dòng khí 75
Hình 3.21: Thiết bị thu gom bằng điện hai vùng 75
Hình 4.1: Cấu tạo của một tháp đệm điển hình 88
Hình 4.2: Một số dạng vật liệu đệm điển hình 88
Hình 4.3: Độ giảm áp pha khí qua lớp vật liệu đệm khô 90
Hình 4.4: Tƣơng quan giữa độ giảm áp pha khí đối với các vật liệu đệm thông dụng 90
Hình 4.5: Hai dạng mâm thông dụng 91
Hình 4.6: Sơ đồ hoạt động của tháp mâm chóp 92
Hình 4.7: Một dạng buồng phun điển hình 94
Hình 4.8: Thiết bị lọc khí kiểu Venturi 94

Hình 4.9: Thiết bị lọc khí dạng phun tia 95
Hình 4.10: Thiết bị hấp thụ khí 4 bậc 95
Hình 4.11: Độ giảm áp theo tốc độ bề mặt đối với một số bậc hấp thụ 96
Hình 4.12: Đồ thị nồng độ điển hình 97
Hình 4.13: Làm khô không khí bằng H
2
SO
4
97
Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý của tháp hấp thụ 97
Hình 4.15: Qui trình xử lý và thu hồi các khí có tính công nghệ cao 142
Hình 7.1: Sơ đồ kiểm soát khí thải từ động cơ 217


8
CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Sơ đồ chung loại độ ổn định Pasquill 9
Bảng 1.2: Giá trị các hằng số a, b, c, d 10
Bảng 1.3: Công thức tính toán nồng độ ô nhiễm do các nguồn thấp gây ra 17
Bảng 1.4: Hệ số B‟ theo công thức (49) 26
Bảng 1.5: Hệ số thực nghiệm trong công thức (55) 29
Bảng 2.1: Hệ số ô nhiễm của nhà máy chế biến thịt (g/tấn sản phẩm) 38
Bảng 2.2: Hệ số ô nhiễm của nhà máy xay bột mì (g/tấn nguyên liệu) 39
Bảng 2.3: Hệ số ô nhiễm của công đoạn hàn điện sắt thép (mg/ một que hàn) 39
Bảng 2.4: Hệ số ô nhiễm của công đoạn hàn hoặc cắt kim loại bằng hơi (g / Fe
2
O
3
/ lít
oxy) 39

Bảng 2.5: Hệ số ô nhiễm của nhà máy sản xuất tôn tráng kẽm(g/ tấn SP) 39
Bảng 2.6: Hệ số ô nhiễm của nhà máy gốm sứ (g / tấn vật nung) 40
Bảng 2.7: Hệ số ô nhiễm của nhà máy gạch (g / tấn gạch nung) 40
Bảng 2.8: Hệ số ô nhiễm của nhà máy chế biến gỗ (kg / tấn NL) 40
Bảng 2.9: Hệ số phát thải khí trung bình của các quá trình đốt cháy trong một số ngành
kinh tế 40
Bảng 2.10: Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất khi nhiệt độ thay đổi 48
Bảng 2.11: Vận tốc không khí trong ống dẫn đối với hệ thống TG và ĐHKK (m/s) 50
Bảng 2.12: Vận tốc không khí trong ống dẫn đối với hệ thống hút bụi 50
Bảng 3.1: Vận tốc lắng của hạt bụi 54
Bảng 3.2: Vận tốc cực đại cho phép trong dòng khí 57
Bảng 3.3: Hiệu quả làm sạch bụi của buồng lắng bụi nhiều ngăn ứng với các kích thƣớc
hạt khác nhau 57
Bảng 3.4: Hƣớng dẫn lựa chọn thiết bị thu bụi 76
Bảng 4.1: Độ hòa tan một số khí trong nƣớc 80
Bảng 4.2: Độ hòa tan của một số khí trong nƣớc ở áp sƣất thƣờng 81
Bảng 4.3: Một vài ví dụ về hệ thống hấp thụ trong kiểm soát ô nhiễm không khí 102
Bảng 4.4: Đặc tính sinh SO
2
của một số loại than đá 110
Bảng 4.5: Đặc tính của các chất hấp thụ H
2
S 117
Bảng 4.6: Thành phần khí chứa flor trong sản xuất phân lân 127
Bảng 4.7: Thành phần dung dịch amoniac - đồng 134
Bảng 4.8: Lƣợng tối thiểu N
2
lỏng (m
3
) để làm sạch 150 m

3
khí thải chứa 6% khí CO . 136
Bảng 4.9: Hệ số Henry (H) theo nhiệt độ 137
Bảng 4.10: Hằng số cân bằng K 137
Bảng 4.11: Tỉ lệ tƣơng ứng nồng độ của CO
2
, K
2
CO
3
và KHCO
3
138
Bảng 4.12: Độ hòa tan của một số muối của K và Na (g/100g dung dịch trong nƣớc) 138
Bảng 4.13: Độ hấp thụ khí CO
2
và MEA (mol CO
2
/ mol MEA) 139
Bảng 4.14: Độ hòa tan của Na
2
CO
3
và Ca(HCO
3
) 141
Bảng 5.1: Diện tích bề mặt và kích thƣớc lỗ xốp của các chất hấp phụ 162
Bảng 5.2: Các thông số kỹ thuật điển hình của than hoạt tính dùng để lọc khí 164
Bảng 5.3: Tẩm chất hấp phụ 166
Bảng 5.4 Các quá trình thải ra các khí có mùi có thể hấp phụ đƣợc 175

Bảng 5.5: Các giai đoạn trong quá trình Reinluft 176
Bảng 7.1: Hệ số ô nhiễm của xe hơi (kg/1.000 lít xăng) 214
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ






CHƢƠNG 1

CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT
Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Để kiểm soát không khí từ các nguồn cố định, có thể áp dụng riêng rẽ hoặc kết hợp
đồng thời các biện pháp nhƣ sau:
- Biện pháp kiểm soát tại nguồn.
- Biện pháp phát tán pha loãng vào khí quyển.
- Biện pháp xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
Chƣơng này trình bày những vấn đề liên quan đến hai biện pháp đầu, riêng biện pháp
xử lý sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong các chƣơng sau.
1.1 BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT TẠI NGUỒN
1.1.1 Biện pháp dùng công nghệ sạch
Đây là biện pháp tích cực nhất để hạn chế ô nhiễm không khí, sử dụng sản xuất sạch
đồng thời vừa tiết kiệm đƣợc nguyên, nhiên liệu vừa hạn chế đƣợc lƣợng chất thải thải ra
môi trƣờng.
Nội dung của sản xuất sạch rất đa dạng, phong phú, đƣợc trình bày trong những giáo
trình chuyên ngành. Phần này chỉ trình bày một số nội dung chủ yếu, thiết thực nhất.
+ Thay đổi nguyên liệu, nhiên liệu
Để giảm bớt mức độ ô nhiễm không khí, chúng ta có thể áp dụng biện pháp thay thế

các nhiên liệu, nguyên liệu thải ra nhiều chất độc bằng các nguyên liệu, nhiên liệu thải ra
ít chất độc hơn. Nhƣ việc thay thế dầu FO (chứa nhiều lƣu huỳnh) bằng dầu DO (chứa ít
lƣu huỳnh), hay là thay thế than đá, dầu đốt bằng khí thiên nhiên sẽ giảm đáng kể lƣợng
SO
2
và bụi chứa trong khí thải.
Biện pháp này có nhƣợc điểm là làm tăng giá thành sản phẩm nên phạm vi áp dụng
không đƣợc rộng rãi.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1
+ Thay đổi công nghệ
Nội dung của biện pháp này là sử dụng những công nghệ tiên tiến tiêu hao ít nguyên
liệu, nhiên liệu và thải ra ít chất ô nhiễm không khí hơn. Chẳng hạn trong công nghệ
luyện thép: thay thế lò hồ quang bình thƣờng bằng lò tăng cƣờng oxy sẽ làm giảm hơi
khói, CO
2
và các hơi khí độc khác.
+ Vận hành đúng qui trình kỹ thuật
Đây đúng là một biện pháp khống chế ô nhiễm không khí không đòi hỏi đầu tƣ trang
bị thêm thiết bị nhƣng hiệu quả cao. Nếu thiết bị đƣợc lắp đặt, vận hành và bảo dƣỡng
đúng qui định thì sẽ giảm đáng kể mức độ gây ô nhiễm không khí.
1.1.2 Bố trí nguồn
Việc bố trí các nhà máy xí nghiệp có khả năng gây ô nhiễm không khí có ảnh hƣởng
rất lớn đến mức độ gây ô nhiễm cho môi trƣờng không khí bao quanh. Để bố trí nguồn
gây ô nhiễm, cần phải nghiên cứu các yếu tố khí tƣợng có tác động đến quá trình phát
tán, vận chuyển không khí và việc bố trí qui hoạch dân cƣ cũng nhƣ các hoạt động
thƣơng mại trong vùng, để có những quyết định phù hợp.
Việc bố trí nguồn lại càng có ý nghĩa khi tập trung một số lƣợng đáng kể các nhà máy
xí nghiệp trên một khu vực nhƣ khu công nghiệp hay đô thị.

Đối với các khu công nghiệp việc bố trí các nguồn gây ô nhiễm nói chung phải dựa
trên một số nguyên tắc nhƣ sau:
+ Phân cụm các nhà máy
Khu công nghiệp thƣờng bao gồm nhiều loại hình công nghiệp khác nhau, trong số đó
mức độ gây ô nhiễm nguồn nƣớc, ô nhiễm không khí của các nhà máy cũng khác nhau.
Vì vậy, khi bố trí các nhà máy, cần chú ý việc phân chia thành các nhóm ngành có mức ô
nhiễm nặng, trung bình, nhẹ hoặc ít ô nhiễm để bố trí thành các cụm gần nhau. Ví dụ, có
thể bố trí thành các cụm nhƣ sau:
Các nhà máy có nguy cơ gây ô nhiễm: các nhà máy sử dụng nhiều nhiên liệu là
dầu FO, nhà máy sản xuất tôn tráng kẽm có nguy cơ gây ô nhiễm không khí, các
nhà máy dệt nhuộm, xi mạ, chế biến lƣơng thực, thực phẩm, hóa chất, dƣợc phẩm,
có nguy cơ gây ô nhiễm nƣớc.
Các nhà máy ít có nguy cơ gây ô nhiễm: các nhà máy cơ khí, nhựa, chất dẻo, chế
biến gỗ, các nhà máy lắp ráp các sản phẩm điện cơ, điện tử ít có nguy cơ gây ô
nhiễm không khí, các nhà máy lắp ráp các sản phẩm điện tử, hàng tiêu dùng, ít
có nguy cơ gây ô nhiễm do nƣớc thải.
Các nhà máy gây ô nhiễm không đáng kể: các xí nghiệp dệt - sợi (không có
nhuộm), may mặc, dụng cụ y tế, đồ dùng gia đình, các nhà máy giày dép,
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

2
+ Khoảng cách bố trí
Vị trí bố trí nhà máy có ảnh hƣởng rất lớn tới tình trạng ô nhiễm không khí trong khu
công nghiệp. Khi bố trí khu công nghiệp, các nhà máy cần chú ý các yêu cầu sau:
Khu công nghiệp phải đƣợc bố trí ở cuối hƣớng gió chủ đạo so với khu hành
chánh - dịch vụ - thƣơng mại.
Trong khu công nghiệp thì các nhà máy gây ô nhiễm nặng phải bố trí ở sau hƣớng
gió so với các nhà máy ít gây ô nhiễm hoặc gây ô nhiễm nhẹ.
Các nhà thấp tầng bố trí đầu hƣớng gió, nhà cao tầng ở cuối hƣớng gió.
Trong từng nhà máy cũng cần quan tâm tới việc bố trí các bộ phận cho hợp lý nhƣ

bố trí riêng biệt các khu sản xuất, khu phụ trợ, khu kho bãi, khu hành chính và có
dãy cây xanh ngăn cách khu hành chính với các khu khác. Các hệ thống ống thải
khí của nhà máy cần tập trung vào một khu vực tạo thuận lợi cho việc giám sát, xử
lý.
Khu vực bố trí trạm máy điện dự phòng, khu xử lý nƣớc thải tập trung, xử lý rác
thải là những nơi phát sinh khí thải độc hại, gây mùi, cần đƣợc đặt cuối hƣớng gió
chủ đạo, có khoảng cách ly thích hợp.
+ Vùng cách ly vệ sinh công nghiệp
Vùng cách ly vệ sinh công nghiệp là vùng đệm giữa khu công nghiệp với khu dân cƣ.
Kích thƣớc của vùng cách ly công nghiệp đƣợc xác định theo khoảng cách bảo vệ về vệ
sinh mà các tiêu chuẩn nhà nƣớc cho phép. Tiêu chuẩn tạm thời về môi trƣờng của Bộ
Khoa học Công nghệ và Môi trƣờng (nay là Bộ Khoa học Công nghệ) đã qui định khoảng
cách tối thiểu cho các loại hình sản xuất bao gồm :
Tiêu chuẩn 17: Yêu cầu về khoảng cách bảo vệ vệ sinh đối với các thiết bị đốt
nhiên liệu.
Tiêu chuẩn 18: Yêu cầu về khoảng cách bảo vệ vệ sinh cho nhà máy nhiệt điện và
lò hơi.
Tiêu chuẩn 19 : Phân cấp các xí nghiệp về chiều rộng tối thiểu của khoảng cách
bảo vệ vệ sinh.
Tuy nhiên, tùy theo tần số hƣớng gió, chúng ta có thể xét chiều rộng khoảng cách ly
rộng hoặc hẹp hơn. Trị số hiệu chỉnh đƣợc xác định theo công thức:
L
i
= L
o
x P
i
/ P
o

Trong đó:
L
i
: Chiều rộng vùng cách ly cần xác định (m) theo hƣớng i.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

3
Lo : Chiều rộng vùng cách ly lấy theo mức độ độc hại của từng nhà máy, lấy theo các
tiêu chuẩn trên (m).
Po : Tần suất gió trung bình tính đều cho mọi hƣớng (%).
Pi : Tần suất gió trung bình thực tế của hƣớng i (%).
Các tiêu chuẩn về khoảng cách bảo vệ vệ sinh nói trên là lấy theo các qui phạm Liên
Xô trƣớc đây. Nếu thiết kế khu công nghiệp theo tiêu chuẩn đó thì sẽ chiếm rất nhiều
diện tích xây dựng, không phù hợp với xu thế phát triển ngày nay. Để thu hẹp khoảng
cách vệ sinh, phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật, sử dụng các công nghệ xử lý chất thải,
hạn chế sự phát tán chất ô nhiễm. Khi đó khoảng cách bảo vệ vệ sinh sẽ đƣợc thu nhỏ lại,
tăng hiệu quả sử dụng đất.
1.1.3 Cách ly nguồn
Đây cũng là một biện pháp để khống chế ô nhiễm không khí. Biện pháp cách ly
nguồn có hai mức áp dụng khác nhau:
+ Cách ly nguồn tạm thời:
Cách ly nguồn tạm thời hay nói cách khác là đóng cửa nguồn trong một thời gian là
biện pháp áp dụng nhằm hạn chế ô nhiễm không khí khi nồng độ các chất ô nhiễm không
khí do nguồn gây ra tăng cao, gây nguy hiểm cho sức khỏe của dân cƣ do những biến đổi
bất lợi của thời tiết nhƣ nghịch đảo nhiệt, nghịch đảo áp suất hoặc những sự cố về nguyên
vật liệu, thiết bị công nghệ hoặc thiết bị xử lý khí thải.
+ Cách ly nguồn vĩnh viễn:
Cách ly nguồn vĩnh viễn hay đóng cửa nhà máy là biện pháp sử dụng khi không thể
áp dụng các biện pháp khác để khắc phục tình trạng ô nhiễm không khí. Khi đó phải đóng
cửa nhà máy hoặc di dời nhà máy tới khu vực đáp ứng đƣợc các yêu cầu về bảo vệ môi

trƣờng.
1.2 BIỆN PHÁP PHÁT TÁN PHA LOÃNG
1.2.1 Khái niệm về sự phát thải
Các mô hình tính toán sự phát tán các chất ô nhiễm không khí là biểu diễn toán học
của các quá trình lan truyền, khuếch tán các chất ô nhiễm kết hợp với số lƣợng và đặc
trƣng của các nguồn thải, các dữ liệu về thời tiết nhằm mục đích tính toán nồng độ các
chất ô nhiễm. Việc sử dụng mô hình tính toán có nhiều ƣu điểm nhƣ sau:
- Rẻ hơn đo đạc.
- Có thể tính kết quả cho nhiều phƣơng án khác nhau và dễ dàng so sánh kết quả.
- Có thể dùng để đánh giá sự tác động tƣơng đối của một nguồn riêng biệt mà không
thể xác định bằng đo đạc.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

4
- Có khả năng dự báo tác động của một hoạt động nào đó lên môi trƣờng không khí.
Các mô hình tính phát tán các chất ô nhiễm không khí thƣờng đƣợc xây dựng theo
những kích thƣớc khác nhau của không gian và thời gian.
Việc chia các quá trình trong khí quyển thành các qui mô không gian là tùy thuộc
ngƣời thực hiện và không có quy tắc nhất định. Các quá trình khí tƣợng ở phạm vi này có
liên kết với các quá trình ở phạm vi khác. Trong các vấn đề về chất lƣợng không khí,
ngƣời ta thƣờng xem xét các qui mô không gian sau (giới hạn giữa các qui mô không rõ
ràng và có khi chồng chéo lên nhau):
a. Qui mô toàn cầu (>2000km).
b. Qui mô lục địa, trong các tài liệu của Mỹ qui mô lục địa đƣợc coi là qui mô vùng
(500 - 2000km).
c. Qui mô trung (10 - 500 km)
d. Qui mô đô thị hay qui mô vùng (500m - 20 km).
e. Qui mô địa phƣơng hay qui mô nhỏ (0 - 1000m).
Qui mô toàn cầu
Các vấn đề nhƣ suy thoái ozon tầng bình lƣu và hiệu ứng nhà kính xảy ra trên qui mô

toàn cầu. Điển hình ở qui mô này là hiện tƣợng tuần hoàn chung. Tất cả các lớp khí
quyển theo phƣơng đứng đều tham gia vào vấn đề này. Qui mô thời gian sử dụng trong
mô hình cho các hiện tƣợng ở qui mô này là mùa hay năm. Các quá trình cụ thể nhƣ sự
hình thành mây và mƣa thƣờng ít đƣợc xem xét hoặc hoàn toàn không tính đến.
Qui mô lục địa
Một trong những vấn đề ở qui mô lục địa là mƣa axit. Sự lƣu chuyển không khí ở qui
mô này là do sự chênh lệch áp suất ở qui mô lớn và chủ yếu liên quan đến tầng biên hành
tinh, mặc dù vẫn có sự xáo trộn vào tầng đối lƣu tự do. Thời gian trong qui mô này
thƣờng là vài tháng đến một năm.
Qui mô trung
Qui mô liên vùng, còn gọi là qui mô trung, là qui mô mà sự phát thải của đô thị hay
khu công nghiệp qui mô lớn (nhƣ khu Rijnmond, khu Ruhr ở Đông Âu, vùng đông dân
nhƣ Thƣợng Hải, Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh) giữ vai trò quan trọng. Sự hình thành
khói mùa hè (hay khói mù quang hóa) là một ví dụ tiêu biểu cho các quá trình ở qui mô
này. Mô hình các quá trình ở qui mô trung rất phức tạp vì không thể bỏ qua các quá trình
qui mô lớn cũng nhƣ các quá trình qui mô nhỏ. Kích thƣớc thời gian ở qui mô này là vài
giờ tới vài ngày.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

5
Qui mô đô thị hay vùng
Các vấn đề ở qui mô đô thị hay vùng chủ yếu là tác động của các khu công nghiệp cỡ
trung lên các khu dân cƣ. Ở góc độ rộng hơn, sự tƣơng tác giữa các mục đích sử dụng đất
(ví dụ vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do nông nghiệp) cũng đƣợc coi là một vấn đề thuộc qui
mô đô thị hay vùng. Ở qui mô này, chỉ có tầng xáo trộn là đáng chú ý.
Qui mô địa phƣơng hay qui mô nhỏ
Các vấn đề thuộc qui mô địa phƣơng là vấn đề đặc trƣng bởi quan hệ trực tiếp giữa
một nguồn (nguồn đơn) với môi trƣờng xung quanh nó. Ví dụ tác động của một con
đƣờng lên khu dân cƣ, vấn đề mùi ở xung quanh nhà máy giấy, tác động của nhà máy
điện lên chất lƣợng không khí của địa phƣơng Các vấn đề này ở mức độ một tỉnh, quận

hay thành phố. Thời gian tính toán thƣờng là một vài phút tới một vài giờ.
Các đặc tính của sự phát tán ở phạm vi địa phƣơng hay vùng
Nhƣ đã trình bày ở trên, kích thƣớc theo phƣơng ngang ở qui mô này lớn nhất là vài
chục km, trong khi theo phƣơng đứng thƣờng không vƣợt quá tầng xáo trộn. Đặc trƣng
của sự phát tán ở qui mô địa phƣơng là chất ô nhiễm không khí không hoàn toàn trộn lẫn
với không khí xung quanh trong tầng xáo trộn; có sự khác biệt lớn về nồng độ theo
phƣơng ngang cũng nhƣ phƣơng đứng. Cùng với sự biến thiên theo không gian này, còn
có sự biến thiên lớn về nồng độ theo thời gian trong những khoảng thời gian ngắn (từ vài
phút đến vài giờ).
Về các mô hình tính toán, nói chung ngƣời ta chia bốn loại mô hình dựa vào ứng dụng
của chúng:
- Mô hình thống kê hay mô hình kinh nghiệm: sử dụng các hệ thức thống kê giữa
nồng độ ở một vế và dữ liệu nồng độ khác hay các biến môi trƣờng ở vế kia.
Thƣờng chúng chỉ có giá trị khi so sánh với các dữ liệu từ thực nghiệm.
- Mô hình Gaussian hay mô hình kiểu chùm khói: dựa trên cơ sở lý thuyết sự phát
tán, còn gọi là phân phối ngẫu nhiên của các chất ô nhiễm do sự xáo trộn; mô hình
này chỉ áp dụng trong qui mô địa phƣơng.
- Mô hình Lagrangia: trong đó nồng độ của một túi khí là một hàm của thời gian
theo dòng chuyển lƣu (trung bình) trong khí quyển; mô hình Lagrangian chủ yếu
đƣợc sử dụng trong qui mô trung và qui mô lục địa.
- Mô hình Eularian: ở đây nồng độ trong một hay nhiều hộp cố định là hàm của thời
gian; các hộp này đƣợc giữ cố định trong không gian; loại mô hình này áp dụng
cho qui mô không gian lớn hơn qui mô địa phƣơng. Trong cuốn sách này không đề
cập đến mô hình này.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

6
Nội dung của chuyên đề này chủ yếu đề cập tới mô hình tính toán cho một số trƣờng
hợp nhƣ mô hình Gaussian dùng cho nguồn điểm và mô hình tính toán cho nguồn thấp.
1.2.2 Mô hình phát thải cho nguồn thải cao (Mô hình chùm khói Gaussian)

1.2.2.1 Nguyên tắc cơ bản
Đặc điểm của mô hình chùm khói Gaussian (thƣờng viết tắt là GPM - Gaussian Plume
Model) là cột khói lấy trung bình theo thời gian. Trên thực tế là không thể mô tả chính
xác cột khói theo thời gian.
GPM dùng một hệ tọa độ có gốc đặt ở vị trí của nguồn phát trên mặt đất (hình 1.1).
Trục x nằm ngang theo phƣơng gió thổi (có thể cuối hƣớng gió), trục y nằm ngang nhƣng
vuông góc với phƣơng gió và trục z thẳng đứng (có thể hƣớng lên trên). Đƣờng tâm cột
khói (hay trục khói) nằm ngang và song song với trục x nhƣng ở độ cao hiệu dụng của
nguồn (H
e
).
Mô hình Gaussian giả thiết là phân bố nồng độ vuông góc với trục chùm khói đạt giá
trị cực đại ở tâm và giảm ở hai bên. Vì chùm khói đƣợc nâng lên cao hơn mặt đất, phân
bố Gaussian này đƣợc quan sát cả phƣơng nằm ngang (song song với trục y) và phƣơng
thẳng đứng (song song với trục z). Chiều rộng trên phƣơng ngang của chùm khói đƣợc
đặc trƣng bằng khoảng cách giữa trục chùm khói và điểm thuộc đƣờng cong Gaussian
theo phƣơng y (gọi là
y
, tính bằng m). Tƣơng tự, với chiều rộng trên phƣơng thẳng đứng
đƣợc đặc trƣng bằng thông số
z
, cũng tính bằng m. Các kích thƣớc của chùm khói đƣợc
gọi là các thông số phát tán. Các giá trị của thông số tăng khi khoảng cách từ nguồn tăng
và phụ thuộc nhiều vào độ ổn định của khí quyển: các giá trị này nhỏ ở điều kiện ổn định
và lớn khi không ổn định.

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

CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

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

2
2
2
2
2
2
.,,
2
)(
exp
2
)(
exp
2
exp
2
z
e
z
e
y
zy
Hezyx
HzHz

x
y
U
Q
C

Trong đó:
C
x,y,z.He
: nồng độ trung bình ở điểm (x, y, z) do tải lƣợng phát tán Q từ nguồn điểm ở
chiều cao hiệu dụng H
e
( g/m
3
)
x : khoảng cách trên trục x theo phƣơng gió thổi (m)
y : khoảng cách trên trục y vuông góc với phƣơng gió thổi trên mặt
phẳng ngang (m)
z : chiều cao từ mặt đất (m)

U
: tốc độ gió trung bình ở độ cao H
e
(m/s
2
)

y
: thông số phát tán theo phƣơng ngang (m)

z
: thông số phát tán theo phƣơng thẳng đứng (m)
Q : tải lƣợng chất ô nhiễm phát tán ( g/s)
H
e
: chiều cao hiệu dụng (m)
Biểu thức thứ nhất của vế phải phƣơng trình biểu diễn nồng độ của trục chùm khói.
Nó đơn giản chỉ là lƣợng chất ô nhiễm phát ra trong một đơn vị thời gian (Q) phát tán
vào thể tích khí trong một đơn vị thời gian (hàm của U và diện tích tiết diện của chùm
khói 2
y z
). Biểu thức thứ hai biểu diễn phân bố nồng độ Gaussian theo phƣơng y và
biểu thức thứ ba biểu diễn phân bố nồng độ theo phƣơng z. Biểu thức thứ tƣ phức tạp hơn
và đƣợc đơn giản hóa bằng cách giả thiết chùm khói không thể trải rộng xuống dƣới xa
hơn ngay khi nó chạm mặt đất. Nếu không có biểu thức thứ tƣ, phƣơng trình xem nhƣ
chùm khói tiếp tục đi xuống dƣới bề mặt đất. Thay vào đó, giả thiết rằng khói đƣợc phản
xạ lại ngay tại mặt đất, một cách đơn giản để bổ sung giả thiết này vào mô hình là thừa
nhận nguồn ảo có chiều cao hiệu dụng là H
e
. Cấu trúc này đƣợc mô tả trên hình 1.2.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

8

Hình 1.2: Sự “phản xạ” của chùm khói ở mặt đất đƣợc giả thiết cho nguồn ảo
ở chiều cao hiệu dụng He âm.
1.2.2.3 Các giả thiết trong GPM
GPM là giải pháp cho phƣơng trình phát tán rối (3 chiều) với một số giả thiết. Các giả
thiết khi áp dụng mô hình GPM gồm :
1. GPM giả thiết các điều kiện tĩnh, nghĩa là các đặc tính dòng coi nhƣ không đổi theo

thời gian. Điều này có nghĩa là thời gian trung bình phải nằm giữa các giới hạn sau: một
mặt là cần dài đủ để đạt đƣợc trung bình thống kê của các dao động xáo trộn. Mặt khác,
không quá dài để tránh các ảnh hƣởng do điều kiện thay đổi (sự đổi hƣớng gió, chuyển
đổi giữa ngày và đêm). GPM có thể áp dụng đƣợc với thời gian trung bình từ vài phút tới
vài giờ, thƣờng thời gian trung bình tiêu chuẩn đƣợc sử dụng là 1 giờ.
2. GPM giả thiết các trạng thái đồng nhất, nghĩa là đặc tính của khí quyển (trong một
vùng đáng kể) không thay đổi theo không gian theo phƣơng ngang. Điều này có nghĩa là
điều kiện phát tán giống nhau áp dụng cho toàn bộ chùm khói từ nguồn đến đối tƣợng
tiếp nhận. Giả thiết này giới hạn khoảng cách từ nguồn phát mà vẫn áp dụng đƣợc mô
hình: thời gian vận chuyển phải đảm bảo sao cho các điều kiện này không đổi. Thời gian
vận chuyển nằm trong khoảng từ vài phút đến vài giờ, tƣơng ứng với khoảng cách từ vài
trăm mét đến vài chục km. Thực tế ngƣời ta sử dụng giá trị nhỏ nhất là 100m và lớn nhất
là 20 - 50 km. Giả thiết đồng nhất theo phƣơng thẳng đứng có nghĩa là tốc độ gió đƣợc sử
dụng trong mô hình đại diện cho toàn bộ lớp khí quyển diễn ra quá trình khuếch tán. Vì
tốc độ gió thay đổi lớn theo chiều cao trong lớp sát mặt đất nên GPM ít phù hợp cho mô
tả mặt cắt nồng độ mức nền. Tuy nhiên, nồng độ mức nền có thể mô hình hóa thỏa đáng
bằng GPM vì có sử dụng hệ số phát tán thực nghiệm (
y
và
z
).
3. GPM bỏ qua sự phát tán rối theo hƣớng gió thổi (phƣơng x). Phép gần đúng này có
nghĩa là cần có tốc độ gió tƣơng đối cao. Thực tế, ngƣời ta đề nghị tốc độ gió cần lớn hơn
1m/s.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

9
4. GPM giả thiết rằng không có sự mất đi và tạo thêm các chất mới trong chùm khói.
Điều này có nghĩa là mô hình không tính đến sự sa lắng hay biến đổi. Điều này thật sự
không phải là vấn đề đáng chú ý đối với qui mô địa phƣơng, vì lƣợng không khí ô nhiễm

mất đi khỏi chùm khói do quá trình lắng và chuyển đổi qua khoảng cách vài km không
đáng kể so với tổng lƣợng khói.
1.2.2.4 Các thông số phát tán
Nhƣ đã trình bày ở trên, các thông số phát tán -
y
và
z
- đƣợc tính cho phƣơng
ngang và phƣơng đứng của cột khói. Theo phân bố Gaussian, nó phản ánh khoảng cách
từ trục chùm khói, nơi mà nồng độ bằng 61% của nồng độ cực đại ở trục chùm khói. Các
thông số này là hàm của độ ổn định khí quyển, khoảng cách từ nguồn và thời gian trung
bình.
Độ ổn định khí quyển
Trong sách vở ngƣời ta đã thấy có nhiều phƣơng pháp phân loại độ ổn định khác
nhau. Phƣơng pháp theo Pasquill xây dựng trên cơ sở không quá nhiều dữ liệu vật lý là
một phƣơng pháp thô thƣờng đƣợc dùng trong các mô hình phát tán ô nhiễm không khí.
Bảng 1.1 biểu diễn sơ đồ chung các loại độ ổn định khí quyển theo Pasquill (từ A: rất
không ổn định đến F: rất ổn định). Loại trung lập, D, đƣợc giả thiết nhƣ là điều kiện mây
che phủ suốt cả ngày và đêm.
Bảng 1.1: Sơ đồ chung loại độ ổn định Pasquill
Tốc độ gió ở
khoảng cách
10m so với
mặt đất (m/s)
Ngày
Đêm
Bức xạ mặt trời đến
Mây che phủ
Mạnh
Vừa phải

Yếu
Che phủ mỏng hay
50% có mây
Hầu nhƣ không
mây hay 8/3
có mây
< 2
A
A - B
B
-
-
2 – 3
A - B
B
C
E
F
3 – 5
B
B - C
C
D
E
5 – 6
C
C - D
D
D
D

> 6
C
D
D
D
D
Định nghĩa độ bức xạ mặt trời đi vào “mạnh”, “vừa phải”, “yếu” là không rõ ràng. Nó
phụ thuộc vào độ mây che phủ và độ cao của mặt trời (và vì vậy phụ thuộc vào vị trí trên
mặt đất và thời gian trong ngày). Do đó, ở các nƣớc khác nhau sẽ sử dụng các sơ đồ riêng
thu từ sơ đồ chung này cho nƣớc đó.
Phân loại độ ổn định Pasquill có ƣu điểm là đơn giản và sử dụng các dữ liệu nói
chung đƣợc đo ở nhiều trạm quan sát khí tƣợng. Nhƣợc điểm lớn của phƣơng pháp
Pasquill là sự phân loại rất thô, không đề cập đến các dữ liệu nhƣ độ nhám bề mặt và đặc
tính bề mặt khác (có ảnh hƣởng đến cân bằng bức xạ) và dẫn đến sự không liên tục khi
thay đổi từ loại này sang loại khác.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

10
Khoảng cách từ nguồn
Trên cơ sở dữ liệu kinh nghiệm từ các thí nghiệm phát tán, ngƣời ta rút ra đƣợc các
phƣơng trình mô tả thông số phát tán là hàm của khoảng cách so với nguồn.
Ở “Mô hình quốc gia” của Hà Lan, các phƣơng trình sau đây, đƣợc dùng để tính
y
và
z
, là hàm theo khoảng cách về phía cuối gió, x (đối với thời gian trung bình là 1 giờ):

y
= a.x
b

z
0
0,2
(1)
Trong đó:
x : khoảng cách (m)
z
0
: độ nhám (m)
a và b : hằng số, khác nhau tùy từng loại độ ổn định khí quyển (xem bảng 1.2)

z
= c.x
d
. z
0
z0
(2)
với : C
z0
=
22,0
53,0
0
).10(
x
z
(3)
ở đây :
C

z0
: hệ số điều chỉnh độ nhám
c và d : hằng số, khác nhau tùy từng loại độ ổn định (xem bảng 1.2).
Hằng số a, b, c, d nhƣ sau:
Bảng 1.2: Giá trị các hằng số a, b, c, d
Phân loại
độ ổn định
Đối với
y

Đối với
z


a
b
c
d
A
1,96
0.865
0,28
0,90
B
1,36
0,855
0,23
0,85
C
0,768

0,897
0,22
0,80
D
0,470
0,907
0,20
0,76
E
0,359
0,902
0,15
0,73
F
0,238
0,902
0,12
0,67
Thời gian trung bình
Thời gian trung bình càng tăng, phƣơng gió thay đổi với góc càng lớn. Điều này đơn
giản, nghĩa là kích thƣớc chùm khói trên phƣơng ngang ở thời gian trung bình là 1 giờ
lớn hơn là ở thời gian trung bình là 3 phút, do đó giá trị
y
phụ thuộc vào thời gian trung
bình. Sự phụ thuộc này biểu diễn ở phƣơng trình sau:
P
yy
t
t
xtt

2
1
21
)()(

Ở đây :
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

11
t
1
và t
2
: các thời gian trung bình khác nhau (s).

y
(t
1
) : giá trị
y
áp dụng cho thời gian trung bình t
1
(m).
p : số mũ xác định bằng kinh nghiệm, có giá trị trong khoảng 0,15 đến
0,5 trong tài liệu, p=0,3 đƣợc khuyến cáo áp dụng cho điều kiện Hà Lan.
1.2.2.5 Tốc độ gió
Trong GPM tốc độ gió U xuất hiện ở mẫu số. Nhƣ vậy nồng độ tỷ lệ nghịch với tốc
độ gió. Tuy nhiên, tốc độ gió không giống nhau ở mọi nơi, đặc biệt là theo phƣơng đứng,
có sự biến đổi đáng kể tốc độ gió theo chiều cao. Do đó quan trọng nhất là xác định bộ số
liệu tốc độ gió theo chiều cao.

Sử dụng tốc độ gió nào trong tính toán:
Nếu không ghi chú gì khác thì tốc độ gió trong khí tƣợng là tốc độ gió đo đƣợc ở
chiều cao quan sát chuẩn 10 m trên mặt đất (U
10
). Trong GPM tốc độ gió này dùng cho
các nguồn thấp. Nếu chiều cao hiệu dụng của nguồn lớn hơn 10m, nên sử dụng tốc độ
gió ở độ cao hiệu dụng đó. Tuy nhiên, để xác định chiều cao hiệu dụng này, chúng ta
cũng cần một giá trị tốc độ gió (xem phƣơng trình). Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng cùng
tốc độ gió ở độ cao vật lý (xây dựng) của nguồn để tính độ dựng cột khói.
Hàm tốc độ gió theo chiều cao
Do ma sát ở mặt đất, tốc độ gió giảm mạnh khi độ cao giảm. Độ giảm tốc độ phụ
thuộc vào độ ổn định khí quyển và độ nhám bề mặt. Ở những nơi ngoại lệ (ở phía trên
tầng xáo trộn hay tầng biên hành tinh), tốc độ gió chỉ phụ thuộc vào độ biến thiên áp suất
qui mô lớn. Ở bề mặt tốc độ gió tiến đến 0. Hình 1.3 thể hiện ảnh hƣởng của độ ổn định
khí quyển lên sự thay đổi tốc độ gió theo chiều cao. Ở điều kiện không ổn định, động
năng của dòng chính tiếp tục giảm và dòng khí hầu nhƣ giảm vận tốc khi ở độ cao nhỏ
hơn vài chục m. Ở điều kiện ổn định, dòng khí bị chậm lại khi đến sát tầng biên hành
tinh, do đó sự thay đổi chậm hơn nhiều.

Hình 1.3: Hàm tốc độ gió theo chiều cao (ứng với độ ổn định khí quyển) khác
nhau
2,0 - ổn định; 20,0 – trung hòa,15,0 - không ổn định
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

12
Luật lũy thừa
Sự thay đổi tốc độ gió theo chiều cao sẽ tuân theo luật lũy thừa cho hầu hết các tầng
biên hành tinh, do vậy luật này đƣợc sử dụng rộng rãi trong tính toán theo GPM:

p

zz
Z
Z
UU
2
1
21

Trong đó:
U
z1
: tốc độ gió ở độ cao z
1
(m/s)
U
z2
: tốc độ gió ở độ cao z
2
(m/s)
Z : chiều cao (m)
P : số mũ có giá trị từ 0,1 đến 0,5, phụ thuộc vào độ ổn định; giá trị trung bình
là 0,2, thƣờng dùng khi ƣớc lƣợng thô.
Luật lũy thừa này không dựa trên cơ sở lý thuyết, nó hoàn toàn đƣợc xác định bằng
kinh nghiệm. Tuy nhiên, tốc độ gió không tiếp tục tăng đến đỉnh tầng biên theo phƣơng
trình trên, nhƣng thƣờng giả thiết rằng đạt đƣợc giá trị cực đại này ở khoảng 2/3 chiều
cao tầng biên.
1.2.2.6 Nồng độ ở mặt đất
Vì chúng ta thƣờng chú ý đến nồng độ ở mặt đất (và các thông số thực nghiệm trong
GPM thu đƣợc từ nồng độ mặt đất), phƣơng trình cho z=0 trở thành:

2
2
2
2
,0,,
22
exp
z
e
y
zy
Heyx
H
y
U
Q
C

1.2.2.7 Cột khói và nền
Xét đến sự phát tán trong qui mô địa phƣơng, ngƣời ta thƣờng dùng khái niệm chùm:
sự phát tán từ nguồn nào đó chỉ hạn chế trong một vùng khí quyển riêng và đƣợc gọi là
chùm. Chùm khác hẳn với nền- nghĩa là điều kiện khí quyển ở địa phƣơng đó nếu nhƣ
không có nguồn đang xét. Đầu tiên, nồng độ nền đƣợc giả thiết là hằng số theo không
gian và thời gian; mô hình phát tán mô tả sự trộn lẫn chùm với nền này.
Độ dựng cột khói
Các phƣơng pháp tiếp cận cổ điển trong mô hình hóa phát tán khói, mà đặc trƣng ban
đầu của chùm khói không đƣợc mô tả chi tiết, nhƣng thay vào đó, chiều cao nguồn đƣợc
hiệu chỉnh. Sự hiệu chỉnh này đƣợc gọi là độ dựng cột khói; chiều cao ống khói đã hiệu
chỉnh đƣợc gọi là chiều cao ống khói hiệu dụng (H
e

):
H
e
= H+ H
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

13
Hình 1.4 minh họa cho công thức này. Trong đó, độ dựng cột khói cuối cùng đƣợc
xác định cách một khoảng so với nguồn. Do đó trên thực tế khó xác định giá trị thực của
H: độ dựng thƣờng tiếp tục tăng lên cho đến điểm mà chùm khói vẫn còn phân biệt
đƣợc. Dù đo đạc trên không hay đo từ xa đều có thể xác định đƣờng khói thực hợp lý.

Hình 1.4: Chiều cao hiệu dụng của ống khói (H
e
)
là tổng của chiều cao thực của ống khói (H) và độ dựng cột khói ( H)
Các mức độ dựng ống khói phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các yếu tố chính là:
- Tốc độ gió : tốc độ gió càng cao, sự xáo trộn và pha loãng chùm khói diễn ra càng
nhanh và sự sai biệt giữa đặc tính chùm khói và môi trƣờng càng nhanh chóng mất
đi; tốc độ gió càng cao, độ dựng cột khói càng thấp;
- Độ ổn định khí quyển: điều kiện ổn định hơn gây ra sự xáo trộn kém hơn và kéo
theo độ dựng cột khói lớn hơn. Mặt khác, độ ổn định cao cản trở chuyển động theo
phƣơng đứng và do đó dẫn đến độ dựng cột khói thấp hơn.
- Hàm nhiệt của chùm khói: nhiệt độ và hàm nhiệt tổng chùm khói càng cao, độ
dựng cột khói càng cao.
- Tốc độ thải: tốc độ thải khói theo phƣơng đứng càng cao, độ dựng cột khói càng
lớn, trong trƣờng hợp khói thải nóng ảnh hƣởng này không đáng kể so với ảnh
hƣởng của hàm nhiệt.
Phƣơng trình độ dựng cột khói
Trên cơ sở đo đạc và các nguyên tắc lý thuyết, ngƣời ta đã lập đƣợc nhiều phƣơng

trình biểu diễn mối quan hệ các yếu tố này và độ dựng cột khói. Thông dụng nhất là các
công thức của Brigg và Stumke. Trƣớc đây, “Mô hình quốc gia” của Hà Lan đơn giản
hóa các phƣơng trình Brigg đƣợc mô tả đối với nguồn nóng. Trong mô hình quốc gia Hà
Lan sửa đổi, ngƣời ta chọn phƣơng pháp phức tạp hơn, trong đó có tính đến cấu trúc chi
tiết theo phƣơng đứng của khí quyển (gradient tốc độ gió, tăng sự xáo trộn theo sự tăng
chiều cao, sự xuyên thấm của đỉnh tầng xáo trộn). Tuy nhiên, các phƣơng trình cũ cũng
đƣợc mô phỏng ở đây vì giúp ƣớc tính độ dựng cột khói nhanh chóng và dễ dàng.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

14
Phƣơng trình Brigg cải tiến áp dụng cho điều kiện không ổn định và trung tính:
U
Q
xH
H
4/3
109
, khi Q
H
<6MW
Và
U
Q
xH
H
5/3
143
, khi Q
H
6MW

Phƣơng trình sau áp dụng cho điều kiện ổn định (ở bất cứ hàm nhiệt nào)

3/1
65
U
Q
xH
H

Trong các phƣơng trình thực nghiệm này:
Q
H
: Hàm nhiệt của chùm khói (MW), trên cơ sở độ lệch nhiệt độ chùm khói và
không khí xung quanh;

U
: Tốc độ gió ở đỉnh ống khói (H) (m/s).
Hàm nhiệt (entanpi) của khói
Hàm nhiệt của chùm khói là hàm của :
- Lƣu lƣợng (thông thƣờng tính bằng m
3
/s), Q
V0

- Nhiệt dung riêng của không khí (1,36kJ.K
-1
), và
- Nhiệt độ của khói thải(tính bằng K), T:
Q
H

=1,36x10
-3
xQ
V0
x(T-T
amb
) MW
Độ dựng cột khói của nguồn lạnh
Nhiều trƣờng hợp, độ dựng cột khói không đƣợc tính đến, đó là các trƣờng hợp nguồn
lạnh, nơi mà nhiệt độ khí phát tán khác biệt rất ít so với nhiệt độ môi trƣờng xung quanh,
vì ảnh hƣởng của nó hầu nhƣ rất nhỏ. Tuy nhiên, phƣơng trình tính độ dựng cột khói của
Stumke cho nguồn lạnh sau đây đƣợc áp dụng ở Đức đối với khí quyển không ổn định và
trung tính:

U
xdV
H
s
5,1

Ở đây :
- V
s
: tốc độ thải khí ở đỉnh ống khói (m.s
-1
)
- d : Đƣờng kính ống khói (m).
-
U
: Tốc độ gió ở đỉnh ống khói (m.s

-1
)
Ở điều kiện ổn định, độ dựng cột khói do tốc độ thải là không đáng kể.
CHƢƠNG 1: CÁC BIỆN PHÁP CHUNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

15
Đặc tính chùm khói bất thƣờng
Các phƣơng trình cho ở phần này chỉ áp dụng đƣợc ở các điều thuộc loại lý tuởng.
Các điều kiện nhiễu gây ra bởi đặc tính chùm khói bất thƣờng là:
- Phát tán ở gần một công trình xây dựng: nếu điểm phát tán không đủ cao hơn
những công trình xây dựng lân cận, dòng khí xung quanh có thể gây hiện tƣợng
chùm khói bị đi vào vùng xoáy dƣới gió. Để tránh hiện tƣợng này, nguyên tắc đầu
tiên là điểm phát cần phải cao hơn gấp 2 đến 2,5 lần công trình lân cận.
- Tốc độ thải quá thấp: nếu tốc độ thải khí phát tán quá thấp, khí thải bị kết hợp vào
vùng xoáy dƣới gió ở phía sau ống khói. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là hạ khói đầu
ống thải (xem hình 1.5). Tốc độ thải ít nhất phải đạt 20m/s để tránh hiện tƣợng
này.

Hình 1.5: Sự hạ khói đầu ống thải vì tốc độ xả quá nhỏ
- Khói thải ƣớt: nếu có các giọt nƣớc trong khí phát tán, chúng sẽ bay hơi khi khói
đƣợc pha loãng và lấy nhiệt từ chùm khói trong quá trình bay hơi. Sự mất nhiệt
này làm cho chùm khói hạ xuống. Các phƣơng trình độ dựng cột khói không áp
dụng cho những chùm khói nhƣ vậy. Đặc biệt, nếu có liên quan đến lƣợng khá lớn
nƣớc, các mô hình phát tán đơn cũng không áp dụng đƣợc. Một ví dụ khói ƣớt là
khói của tháp làm lạnh; các phƣơng trình rất đặc biệt đã đƣợc triển khai cho nhiều
tháp tƣơng tự các mô hình đƣờng khói đã mô tả ở trên. Tuy nhiên, nhiều trƣờng
hợp, các giọt nƣớc trong khói thải chỉ đƣợc tạo thành sau khi khí thoát khỏi ống
khói. Hiện tƣợng này có thể thấy trong khói từ các quá trình đốt: ở phần trên ống
khói vẫn không nhìn thấy đƣợc khói (nƣớc ở pha khí). Chỉ đến một khoảng cách
nào đó, ngƣời ta mới nhìn thấy đƣợc khói do sự ngƣng tụ hơi nƣớc. Các giọt này

cũng bay hơi trở lại, nhƣng năng lƣợng cần cho nó nói chung cân bằng với năng
lƣợng giải phóng trong quá trình ngƣng tụ. Vì vậy, trong trƣờng hợp này chúng ta
không nói đến khói ƣớt.
1.2.3 Mô hình phát tán cho nguồn thải thấp
1.2.3.1 Khái niệm về nguồn thải thấp