Bài giảng kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM
KHÔNG KHÍ & TIẾNG ỒN

HƯNG YÊN - 2012

1


CHƯƠNG 1. NHẬP MÔN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.1. Giới thiệu về khí quyển
1.1.1. Đặc điểm:
- Khí quyển là lớp không khí trên bề mặt trái đất, không có giới hạn cụ thể
- Khối lượng của khí quyển : 5x1015 tấn, trong đó 99% nằm trong khoảng độ cạo 30km
tính từ bề mặt trái đất.
- Có khoảng 50 hợp chất hóa học khác nhau
1.1.2. Cấu trúc khí quyển
Dựa vào biến thiên nhiệt độ theo chiều cao, có thể chia khí quyển thành các tầng sau:
a/ Tầng đối lưu (Troposphere)
+ Chiều cao từ 0-15km
+ Chiếm 70% khối lượng
+ Nhiệt độ giảm theo chiều cao
+ Các hiện tượng mây mưa, sấm sét đều xẩy ra chủ yếu ở tầng đối lưu, đặc biệt là lớp
sát mặt đất dạy 1=2km; lớp khí quyển này ảnh hưởng rất lớn đến sự sống của nhân loại
và thảm động thực vật trên trái đất.
b/ Tầng bình lưu (Statosphere)
+ Chiều cao từ 15-50km
+ Chứa lớp ozon (ozon layer) quan trọng ngăn chặn các tia bức xạ độc hại từ mặt trời
+ Nhiệt độ tăng theo chiều cao (khí ozon trong từng bình lưu hấp thụ tia cực tím từ mặt

trời)
+ Chứa lớp ozon (ozon layer) quan trọng ngăn chặn các tia bức xạ độc hại từ mặt trời
c/ Tầng trung gian (Mesosphere)
+ Chiều cao từ 50-85 km
+ Nhiệt độ giảm theo chiều cao
d/ Tầng nhiệt (Theomosphere)
+ Chiều cao từ 85-100km
+ Do các phân tử không khí hấp thụ năng lượng của các tia tử ngoại của tia cực tím làm
cho nhiệt độ của tầng này càng ngày càng cao theo chiều cao. Cũng do sự chiếu xạ của mặt trời
mà một số phân tử không khí bị phân ly, do hình thành lớp điện li nồng độ cao nên tầng này còn
gọi là tầng điện li. Năng lượng của tầng điện li sẽ đưa sóng điện từ phản hồi về quả đất, vì vậy
tầng này có vai trò quan trọng trong việc thông tin vô tuyến điện tử trên trái đất.
2


e/ Tầng ngoài:
+ Là tầng ngoài cùng của khí quyển
+ Có độ dày khoảng 800km
+ Nhiệt độ tăng nhanh theo chiều cao.
1.2. Thành phần và vai trò của khí quyển
1.2.1. Thành phần
- Thành phần ổn định: N2 (78,09%); O2 (20,95%); Ar (0,93%),...
- Thành phần không ổn định: Hơi nước; ozon, metan, CO2,...
1.2.2. Vai trò của khí quyển
- Duy trì sự sống
- Điều hòa khí hậu
- Cung cấp tài nguyên
- Thực hiện quá trình đối lưu để tuần hoàn hơi nước
1.3. Khái niệm về ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự có mặt của tác nhân trong không khí không mong muốn ở nồng

độ có thể gây nên ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, đến sự tồn tại và phát triển của sinh
vật, làm hư hỏng các công trình kiến trúc, các thiết bị máy móc,...
1.4. Các chất gây ô nhiễm không khí
1.4.1. Theo nguồn gốc phát sinh:
- Các chất ô nhiễm sơ cấp: Các chất khí, hơi và chất rắn trực tiếp từ nguồn phát thải vào
không khí. Những chất ô nhiễm chủ yếu đó là SO2, CO, CO2, bụi,...
- Các chất ô nhiễm thứ cấp: Là những chất ô nhiễm do những phát sinh sau: do các chất ô
nhiễm sơ cấp khi đi vào khí quyển tác dụng tương hỗ lẫn nhau, hoặc tác dụng với các chất
sẵn có trong không khi hoặc do cự chiếu xạ của mặt trời mà quang hợp để tạo thành các
chất ô nhiễm khác có các đặc tính vật lý, hóa học hoàn toàn khác với chất ô nhiễm sơ cấp,
đặc tính ô nhiễm của nó thường mạnh hơn nhiều so với các chất ô nhiễm sơ cấp. Các chất
ô nhiễm thứ cấp chủ yếu là Axit sulfuaric, muối sulfat, NO2, HNO3...,
1.4.2. Theo trạng thái vật lý:
- Các chất ở thể khí: SO2, NO, H2S, NH3, ...
- Các chất ở dạng hơi: H2SO4, các hơi dung môi hữu cơ
3


- Dạng rắn: Bụi, khói,...
1.5. Nguồn gây ô nhiễm không khí
1.5.1. Nguồn tự nhiên:
- Cháy rừng, núi lửa, bão bụi, phấn hoa, phân hũy xác động thực vật
1.5.2. Nguồn nhân tạo: Đây là nguồn gây ô nhiễm chính, người ta quan tâm giải quyết
nguồn này. Nguồn nhân tạo nguy hiểm ở chổ rất dễ xảy ra hiện tượng ô nhiễm cục bộ với
nồng độ cao gây tác hại lớn cho con người và môi trường.
- Hoạt động sản xuất công nghiệp: Các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, vật liệu xây dựng,
thực phẩm,...
- Hoạt động giao thông vận tải: Gây ô nhiễm do quá trình cháy nhiên liệu thải ra, ngoài ra
còn do sự hoạt động gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn, rung,...
- Hoạt động nông nghiệp: Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, phân hũy rác thải nông

nghiệp, đốt rơm rạ,...
- Hoạt động sinh hoạt: Phân hủy rác thải sinh hoạt, sử dụng thai tổ ong,...
1.6. Giới thiệu Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về môi trường khí
1.6.1. Tiêu chuẩn chất lượng không khí
TCVN 5937- 2005 - Chất lượng không khí- Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh
TCVN5938-2005 - Chất lượng không khí- Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc
hại trong không khí xung quanh.
TCVN 5939-2005- Chất lượng không khí- Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và
các chất vô cơ
TCVN 5940-2005 – Chất lượng không khí công nghiệp đối với chất các chất hữu cơ.
1.6.2. Tiêu chuẩn phát thải khí
TCVN 6992-2001 – Tiêu chuẩn phát thải một số chất vô cơ trong vùng đô thị
TCVN 7440- 2005- Tiêu chuẩn phát thải ngành công nghiệp nhiệt điện
1.6.3. Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng môi trường không khí
- Sự khác nhau giữa TCVN và QCVN là TCVN thi không bắt buộc và QCVN thì bắt buộc
- QCVN thường yêu cầu thấp hơn TCVN
QCVN 23:2009/BTNMT - Khí thải sản xuất xi măng
QCVN 22:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp nhiệt điện
QCVN 21:2009/BTNMT - Khí thải sản xuất phân bón hóa học
QCVN 20:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ
QCVN 19:2009/BTNMT - Khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
QCVN 06:2009/BTNMT - Chất độc hại trong không khí xung quanh

4


QCVN 34:2010/BTNMT - QCKTQG về Khí thải công nghiệp lọc hóa dầu đối với bụi và
các chất vô cơ
1.7. Hiện trạng ô nhiễm không khí ở Việt Nam
- Ô nhiễm không khí do hoạt động GTVT:

+ Các phương tiện giao thông ở VN đạt tiêu chuẩn quá thấp, hiện đang áp dụng TC Euro 2
+ Cơ sở hạ tầng chưa hoàn chỉnh
- Ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp:
+ VN là nước có gần 70% hoạt động nông nghiệp, lượng khí thát thải rất lớn: từ hai nguồn
chính: phế phẩm nông nghiệp và hóa chất BVTV
+ Thuốc BVTV chưa kiểm soát chặt nên nguy cơ ô nhiễm cao
- Hoạt động công nghiệp:
+ Đốt nhiên liệu hóa thạch: khí nhà kính
+ Khả năng kiểm soát không hợp lý nên nhiều quá trình gây phát thải
- Hoạt động ở các làng nghề:
CHƯƠNG 2. TÁC HẠI CỦA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.1. Ảnh hưởng tới môi trường ở quy mô hẹp (local)
- Ảnh hưởng tới hệ sinh thái:
Ô nhiễm không khí ảnh hưởng rất lớn đến hệ sinh thái, cụ thể là suy giảm đa dạng sinh
học. Tùy vào những loại khí thải khác nhau mà sự ảnh hưởng sẽ khác nhau.
- Ảnh hưởng tới tài sản: Ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến nhiều công trình kiến trúc,
chẳng hạn mưa axit ảnh hưởng đến các công trình làm từ vật liệu là kim loại.
- Ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống: Ô nhiễm môi trường làm cho chất lượng cuộc sống
tiềm ẩn nhiều rủi ro.
- Hạn chế tầm nhìn: Ô nhiễm bụi hoặc sương mù ảnh hưởng đến tầm nhìn
- Một số ảnh hưởng khác tới khí quyển
2.2. Tác hại tới sức khỏe con người
2.2.1. Khó khăn trong việc nghiên cứu tác hại của ô nhiễm không khí tới sức khỏe con
người
- Do hàm lượng các chất độc trong không khí thường bé nên phương pháp được ứng
dụng để xác định chúng phải đạt độ nhạy và độ chính xác cao. Bên cạnh đó, muốn đạt

5

được kết quả cao cần phải tiến hành liên tục. Hiện nay trên thế giới người ta đã sử dụng
các dụng cụ đo ghi liên tục các kết quả của đối tượng đo.
- Ở nước ta chưa có khả năng đầu tư nên việc tiến hành xác định chất độc trong khí thải
được tiến hành theo phương pháp cổ điển. Nguyên lý chung là hấp thụ chất ô nhiễm
bằng dung môi thích hợp, sau đó tiến hành phân tích bằng phương pháp hóa học để định
lượng chúng. Phương pháp này có khả năng gây sai số do cả nguyên nhân chủ quan và
khách quan.
2.2.2. Phương thức xâm nhập vào cơ thể của của chất ô nhiễm không khí
- Qua đường tiêu hóa: Ít và ảnh hưởng không lớn
- Qua da: Tiếp xúc với các loại như hơi axit hoặc một số tác nhân mẫn cảm, tuy nhiên
phương thức này cũng ảnh hưởng không lớn.
- Qua đường hô hấp: Đây là phương thức xâm nhập chủ yếu và ảnh hưởng rất lớn đến sức
khỏe con người. Khi xâm nhập vào cơ thể, sẽ ảnh hướng đến các bệnh về đường hô hấp
2.2.3. Tác hại của một số chất ô nhiễm không khí tới sức khỏe con người
a/ Tác hại của bụi:
- Bụi gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động thực vật và làm chậm phát triển của
cây cối
- Gây tác hại đến các công trình như gây bẩn, mài mòn
- Làm tán xạ ánh sáng
- Các bệnh của con người có thể do bụi như viêm cuống phối, viêm phổi,...
b/ Tác hại của khí SO2:
- Tác hại của SO2 đến sức khỏe con người tùy thuộc vào nồng độ của nó:
+ [SO2]= 1ppm có thể gây ra các bệnh về phổi
+ [SO2]> 10ppm làm sưng tấy mắt, mủi và cổ họng bắt đầu được nhận thấy
- Đối với cây trồng: tác hại chủ yếu là bệnh vàng lá, mất diệp lục...
- SO2 gây mưa axit, đầy là một trong những tác nhân chính gây mưa axit
c/ CO2

6

- Nếu nồng độ CO2 thấp thì sẽ là một chất không độc và không tạo nên những ảnh hưởng
đáng kể. Nó có nhiều trong khí quyển cần thiết cho cây trồng, và nó không được xem là
chất gây ô nhiễm.
- Nếu nồng độ CO2 tăng đột biến, là nguyên nhân do phá rừng, đốt nhiên liệu hóa thạch,
lúc đó ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề biến đổi khí hậu do Hiệu ứng nhà kính gây ra.
d/ Tác hại của khí CO
- CO là khí có tác hại nguy hiểm đến sức khỏe con người, đấy là phản ứng với Hemoglobin
trong máu, ngăn chặn sự lưu chuyển oxy.
- Ảnh hưởng đến con người từ mức độ từ đâu đầu nhẹ đến buồn nôn và có thể dẫn đến thiệt
mạng phụ thuộc vào nồng độ và thời gian lan tiếp xúc.
CO (%)

Các ảnh hưởng đến sức khỏe

<1

Không có biểu hiện ảnh hưởng

1-2

Một số dấu hiệu ảnh hưởng đến hình thức cư xử

2-5

Ảnh hưởng đến hệ thần kinh, suy yến sự nhận thức về thời
gian, sự nhạy bén về thị giác và các chức năng thần kinh khác

5-10

Thay đổi chức năng tim phổi

10-80

Đâu đầu, mệt mỏi, uể oải, hôn mê và có thể tử vong

e/ NOx
- Tiếp xúc với NOx nồng độ tự 100-500ppm trong không khí có thể gây co thắt đột ngột
phế quản và chết do trụy hô hấp.
- Tiếp xúc ở nồng độ thấp hơn thường xuyên thì có thể bị kích thích nhẹ, mất nhận biết,
ngứa cổ, ho và co thắt lồng ngực....
f/ Các chất ô nhiễm không khí có độc tính cao - mối lo ngại toàn cầu
- Một số chất vô cơ: Hg, Pb vv…
- Một số chất hữu cơ: Dioxins và furans, PCBs, PAHs vv…
2.4. Ảnh hưởng tới môi trường ở quy mô khu vực và toàn cầu
2.4.1. Suy giảm tầng ozon
a/ Quá trình hình thành tầng ozon
Tia cực tím phá vỡ phân tử oxi tạo thành oxi nguyên tử, Oxi nguyên tử sau đó kết hợp với
phân tử oxi chưa phá vỡ để thành ozon. Các tia cực tím có trong ánh nắng mặt trời phân hủy
ozon thành phân tử oxi và nguyên tử oxi. Quá trình này cứ liên tục xảy ra gọi là chu trình ozon –
oxi.Tầng ozon lọc hầu hết các tia cực tím của mặt trời, tia gây hại cho phần lớn các sinh vật trên
trái đất như ung thư da, đột biến gen, bệnh nan y…
b/ Nguyên nhân suy giảm tầng ozon
7


Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thủng tầng ozon là khí CFCs (Chlorofluorocarbons
– còn gọi là freons), thành phần làm lạnh trong ngành công nghiệp điện lạnh (tủ lạnh, máy
lạnh…,), bình cứu hỏa, bình xịt...Các dung dịch freon lỏng bay hơi, bốc thẳng lên tầng ozon
trong khí quyển, phá vỡ kết cấu tầng này, làm giảm nồng độ khí ozon. Các hóa chất này không

có trong tự nhiên mà do con người tạo ra, trái đất bao bọc trong khí CFCs. Chính con người là
thủ phạm làm thủng tầng ozon, đe dọa sức khỏe của chính mình.Theo nghiên cứu của cơ quan
NaSa, lỗ thủng này đã mở rộng tới 17,6 triệu km2 ở Nam cực.
2.4.2. Sự ấm lên toàn cầu (Hiệu ứng nhà kính)
a/ Nguyên nhân
b/ Cơ chế hình thành
c/ Tác hại: Gây biến đổi khí hậu toàn cầu
2.4.3. Mưa axit
a/ Nguyên nhân
b/ Tác hại
2.5. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí
a/ Các biện pháp mang tính vĩ mô:
Liên minh toàn cầu trong việc làm sạch bầu khí quyển, chẳng hạn như Nghị định thư Kyoto,...
b/ Các biện pháp mang tính cục bộ:


Áp dụng công nghệ sạch
-

Thay đổi công nghệ mới (thường tốn kém)

-

Tiết kiệm, tận dụng phế phẩm (SXSH)

-

Vận hành và quản lý máy mọc và quy trình công nghệ

-

Thay thế nguyên liệu sạch để hạn chế ô nhiễm



Xử lý triệt để tại nguồn: Lắp đặt hệ thống xử lý trước khi thải ra môi trường



Duy trì trạng thái tự nhiên của không khí: Trong nhà xưởng chứa đựng rất nhiều khí thải
độc hại, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe người lao động, làm ảnh hưởng đến
năng suất cũng như chất lượng sản xuất. Duy trì trạng thái tự nhiên nghĩa là lắp đặt hệ
thống thông gió để đưa không khí bẩn trong nhà xưởng ra ngoài và đưa không khí sạch
bên ngoài vào trong xưởng. Có hai cách thông gió phổ biến:
-

Thông gió tự nhiên

-

Thông gió cưỡng bức
8




Trồng cây xanh: Cây xanh có tác dụng rất lớn trong việc hạn chế ô nhiễm không khí như
chắn giữ bụi, lọc sạch không khí, giảm tiếng ồn, giảm nhiệt độ và điều hòa các thành
phần trong không khí
Theo quy định, trong các khu công nghiệp, diện tích cây xanh phải chiếm từ 15-20%

CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT Ô NHIỄM BỤI
3.1. Khái quát và phân loại bụi
3.1.1. Khái niệm
Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo thành trong quá trình nghiền,
ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau. Dưới tác dụng của các dòng khí, chúng chuyển
thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất người ta
gọi là bụi.
Bụi là hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc- các hạt có kích thước nằm trong
khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng
tồn tại lơ lững trong những khoảng thời gian dài ngắn khác nhau.
Sol khí (aerosol) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở
dạng lơ lững trong thời gian dài không hạn định.
Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với bột, tức là loại vật chất
vụn, rời rạc.
Aerosol còn được chia thành: Bụi, khói, sương.
Bụi là các hạt rắn có kích thước từ 5-50m,
Khói là các hạt rắn có kích thước từ 0,1-5m.
Sương bao gồm các giọt lỏng có kích thước từ 0,3 - 5m và được hình thành do ngưng tụ
hơi hoặc khi phun chất lỏng trong khí.
Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây, kích
thước lớn nhất của hình chiếu hạt.
Một số khái niệm
Đường kính tương đương δtđ của hạt bụi có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có
thể tích bằng thể tích hạt bụi.
Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt bụi trong môi trường tĩnh dưới tác
dụng của trọng lực. Vận tốc lắng chìm của hạt phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và
khối lượng đơn vị, và độ nhớt của môi trường.
Đường kính lắng chìm δc của hạt là đường kính của hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và
khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dạng phi

chuẩn đang xem xét.
9


Đường kính lắng chìm được xác định theo công thức sau:

18.107 H
, µm
(  b   ) g
Trong đó: µ- độ nhớt động lực của môi trường, Pa.s,
ρb, ρ- khối lượng đơn vị của bụi và môi trường, g/cm3
H- Chiều cao rơi của hạt, cm
g- gia tốc trọng trường, m/s2,
τ- thời gian rơi, s
3.1.2. Sức cản của môi chất trong trường hợp hạt có dạng hình cầu chuyển động với vận
tốc không khí.
Muốn tách được bụi ra khỏi dòng khí, các phần tử bụi sẽ chịu tác động của một số lực
làm cho chúng bị tách ra khỏi dòng khí, các lực này đủ lớn đề loại được bụi ra khỏi dòng khí
trong khoảng thời gian mà dòng khí đi qua thiết bị lọc bụi.
Các lực gây ra với hạt bụi với một vận tốc thành phần khác hướng với chuyển động của
dòng khí và do đó dòng khí sẽ sản ra một lực cản tác dụng ngược lại lên hạt bụi.
Xét trường hợp các hạt bụi hình cầu chuyển động với vận tốc không đổi và ổn định trong
một dòng liên tục vô hạn. Vì thế, đầu tiên ta sẽ xem xét trường hợp này.
Khi một hạt hình cầu đường kính δ chuyển động trong môi chất với vận tốc v thì lực cản
F được xác định theo định luật Newton
1
F   0 A v 2 (2.1)
2
2
Trong đó: 1/2 ρv - động năng của dòng môi chất chuyển động theo với vận tốc v, m.

Tiết diện ngang trực đối của hạt đối với hướng chuyển động- tức là hình chiếu của
hạt trên mặt phẳng trực giao với vectơ vận tốc.
ξ0- Hệ số tỷ lệ, hệ số sức cản (Hóa công là ξ)
ρ- Khối lượng đơn vị của môi chất
Đối với hạt hình cầu đường kính là δ, thì A= Пδ2/4
Suy ra:
1
F   0 2 v 2 (2.2)
8
8F
Từ đó suy ra:
(2.3)
0 
 2 v 2
Thực nghiệm cho thấy, hệ số trở lực ξ0 phụ thuộc vào chuẩn số Re
v
Re 

ρ- Khối lượng đơn vị của môi chất, kg/m3
µ- Hệ số nhớt động lực (học) của môi chất, Pa.s; kg/m.s; N.s/m2.
Khi vận tốc bé, Re<1, dòng môi chất trước và sau hạt gần như đối xứng. Các phần tử của
môi chất khi gặp vật cản (hạt hình cầu) chịu một gia tốc nào đó theo phương trực giao, nhưng tác
động của lực quán tính quá yếu nên không gây ra sự chậm trể nào trong việc nhập dòng ở đằng

C 

10


sau hạt. Đó là miền chảy bọc có độ nhớt, hay còn gọi là miền Stockes. Ứng với miền này, hình

2.1 là đường thẳng, quan hệ giữa K0 và Re được biểu diễn như sau:
ξ 0= 24/Re
Suy ra:
F= 3  µδv (2.4)
Công thức (2.4) gọi là công thức Stockes
Khi vận tốc lớn, Re>1 các phần tử môi chất gặp vật cản bắt đầu chậm trể ngày càng nhiều
để nhập dòng sau vật cản do đó bắt đầu xuất hiện rối dòng.
Đối với hạt hình cầu chuyển động trong miền chảy bọc có độ nhớt - miền Stockes với
ngoại lực G là trọng lực, được xác định theo định luật Archimedes:
1
G   3 (  b   ) g , (2.5).
6
Cân bằng trọng lực G và lực F từ công thức (2.4) được
(    ) g 2
v gh  b
(2.6)
18 
Đây là vận tốc “treo” hay vận tốc lơ lững cùa hạt bụi hình cầu.
Nếu môi chất là không khí thì ρb>>ρ, do đó:
 b g 2
v gh 
(2.7).
18 
Lưu ý: Công thức xác định vgh chỉ áp dụng được đối với hạt có kích thước nhỏ hơn 70
µm, những hạt lớn hơn sẽ cho sai số đáng kể.
Một số giả thiết khi áp dung công thức xác định vgh
- Hạt bụi có dạng hình cầu và tuân theo định luật Stockes
- Vận tốc rơi của hạt ban đầu bằng không
- Bụi thoát ra khỏi ống khói được làm nguộn tức khắc đến nhiệt độ môi trường.
- Không có tác động qua lại giữa các hạt bụi với nhau.

Dựa vào công thức trên chúng ta có thể xác định được thời gian rơi τ và đoạn đường l mà hạt bụi
rơi chạm đất.
Cụ thể như sau:
Tính vận tốc vgh theo công thức (2.6), hoặc (2.7)
(    ) g 2
v gh  b
18 
Nếu hạt không phải là hình cầu, đường kính hạt là đường kính tương đương:
m
 tđ  1,243
,m

b

Nếu môi chất là không khí, hệ số nhớt động lực được xác đinh:
387 273  t 3 / 2
 ( t 0C )   ( 0 0 C )
(
) , Pa.s
387  t 273
Xác định thời gian lắng:
H

,s
v gh
Xác định quảng đường mà hạt bụi rơi chạm đất
l   .u , m
Ví dụ: Xác định thời gian lắng và đoạn hạt bụi chạm đất, tính từ chiều cao ống khói.
11

Cho biết: Hạt bụi có dạng hình cầu, đường kính δ=0,5mm; 0,15mm và 0,05mm.
ρ b= 2000kg/m3; H= 25m;
Vận tốc gió u= 3m/s; Nhiệt độ không khí, t=200C
2.1.3. Sức cản của môi chất đối với các hạt chuyển động có gia tốc
Trên đây, chúng ta chỉ nghiên cứu trường hợp sức cản môi chất đối với hạt bụi chuyển
động với vận tốc không đổi trong dòng chảy tầng và vận tốc giới hạn mà hạt đạt được dưới tác
dụng của ngoại lực nào đó.
Tuy nhiên khi hạt ở trạng thái tĩnh ban đầu bị tác động bởi một lực thì hạt sẽ bắt đầu
chuyển động với gia tốc và vận tốc của nó tăng dần, làm cho sức cản của môi chất tác động lên
hạt theo chiều ngược với vectơ vận tốc cũng tăng theo. Đến một lúc nào đó sức cản trở nên cân
bằng với lực tác động và từ thời điển đó trở đi vận tốc chuyển động của hạt sẽ đạt trị số không
đổi- mà ở trên ta gọi là vận tốc giới hạn.
Theo định luật Newton ta có:
P = ma
Trong đó, P- lực tác dụng
m- khối lượng
a- Gia tốc
Áp dụng cho trường hợp hạt bụi hình cầu rơi tự do trong không khí với vận tốc ban đầu
bằng 0, ta có thể viết lại công thức trên như sau:
dv
GF m
d
Trong đó:
G- lực hút trọng trường
F- Sức cản
τ- Thời gian
g- gia tốc trọng trường
Thay giá trị của F vào và G=mg, ta có:
dv

v v dv
1
dv
mg  3v  m
 g 3

g v
d
m
d
Z
d
dv
d


(2.8)
v  gZ
Z
Với

b d 2
Z

3
18 
4
1
m  r 3  b  d 3  b
3

6
Tích phân (2.8) ta được:
m

v  gZ (1  e
Ta có Zg=vgh

t

z

)

(2.9)

t

Suy ra v  v gh (1  e z )
(2.10)
Gọi h là đoạn đường mà hạt bụi rơi trong khoảng thời gian τ


v 2 gh



h   vd   v gh (1  e z )d  gZ  gZ 2 (1  e z )  v gh 
(1  e z ) (2.11)
g
0

0
12


Từ (2.9) suy ra:
dv
v

 g   ge z (2.12).
dt
Z
Nhận xét: Khi τ tăng thì a giảm đến một lúc nào đó thì a=0, nên v chuyển động với vận
tốc không đổi, đó là vgh
Công thức (2.10), (2.11), sử dụng để tính được vận tốc rơi và đoạn đường mà hạt bụi rơi
được trong khoảng thời gian τ nào đó.
a

3.2. Các cách tiếp cận trong kiểm soát ô nhiễm không khí
3.2.1. Giảm thiểu phát thải tại nguồn
3.2 2. Tăng cường mức độ phát tán
3.2.3. Xử lý cuối nguồn
3.3. Phương pháp xử lý bụi dựa vào lực trọng trường
3.3.1. Nguyên tắc:
Dựa vào lực hút trọng lực, những hạt bụi có kích thước lớn sẽ bị lắng xuống
3.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng lắng bụi đơn

Ưu, nhược điểm của pp:
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản
- Nhược điểm: Hiệu quả lọc bụi thấp, tốn diện tích, chỉ lắng được những bụi có kích
thước lớn δ≥60μm.

Thường chỉ sử dụng để lọc sơ bộ bụi thải
3.3.4. Tính toán kích thước buồng lắng
- Một số giả thiết: Buồng lắng có dạng hình hộp, chiều dài, rộng, cao tương ứng: lxBxH
- Vận tốc của dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng là đều nhau.
- Hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc bằng vận tốc dòng khí
- Hạt bụi rơi trong buồng lắng, khi chạm đáy thì coi như bị giữ lại trong buồng lắng.
a/ Xác định đường kính giới hạn (đường kính bé nhất) của hạt bụi rơi trong buồng lắng:
13


(VẼ HÌNH)
- Hạt bụi chuyển động trong buồng lắng theo hai hướng:
Một là chuyển động ngang theo dòng khí (u),
Hai là chuyển động rơi (v) dưới tác dụng của trọng lực,
- Vận tốc chuyển động ngang được xác định:

,m/s

- Thời gan lưu của bụi trong buồng lắng:

- Khi bụi rơi được một đoạn là h trong thời gian τ xác định thì:
+ Nếu h+ Nếu h≥H: hạt bụi bị giữ lại trong buồng lắng
Như vậy: tỷ số h/H đánh giá được hiệu quả lọc bụi của buồng lắng (học phần sau)
- Giả sử hạt bụi bắt đầu chuyển động từ vị trí góc trái trên cùng của buồng lắng, ta có:
+ Thời gian hạt bụi rơi chạm đáy buồng lắng:

+ Thời gian hạt bụi chuyển động ngang trong buồng lắng:

Để hạt bụi có kích thước δ0 nào đó bị giữ lại trong buồng lắng thì τ 1= τ 2

δ0= δmin=
Nhận xét: Như vậy, δmin là bụi có kích thước nhỏ nhất có thể bị giữ lại trong buồng lắng trong
thời gian
b/ Xác định kích thước buồng lắng bụi:
-

Xét quỹ đạo chuyển động của bụi trong buồng lắng:
Đặt hệ tọa độ như hình vẽ sau:
Thành phần vận tốc chuyển động ngang:

-

Thành phần vận tốc chuyển động rơi:

14


Tích phân hai phương trình trên ta được quỹ đạo chuyển động của hạt bụi như sau:

y0- Độ cao ban đầu của hạt bụi khi vào buồng lắng
Tử đó ta có:
Nhận xét: - Quỹ đạo chuyển động của hạt bụi là đường thẳng dốc hướng xuống.
- Với kích thước buồng lắng cho trước thì độ dốc càng lớn (hạt chuyển động
càng nhanh) khi: kích thước của hạt δ và khối lượng đơn vị càng lớn và lưu lượng khí, độ nhớt μ
càng thấp.
- Từ phương trình ta có đồ thị như sau: (hình vẽ trang 62):
Dựa vào hình vẽ ta thấy, các hạt bụi chuyển động theo những đường thẳng song song và
hợp với trung hoàng một góc α.
Xét hạt bụi ở độ cao h hoặc thấp hơn thì sẽ bị giữ lại trong buồng lắng.

Từ phương trình quỹ đạo chuyển động, chọn y=0 (bụi rơi chạm sàn buồng lắng), y0=h và
x=l, ta có:

Nếu h=H, δ= δmin ta có:

Suy ra:

-

Đây là công thức xác định kích thước buồng lắng,

-

Đối với chiều cao buồng lắng có thể tự chọn dựa vào nguyên tắc:

3.3.5. Tính toán hiệu quả lọc bụi của buồng lắng
a/ Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt.
Như trên ta thấy, nếu hạt bụi ở độ cao ban đầu
15


Thì toàn bộ số hạt bụi này sẽ bị giữ lại trong buồng lắng, còn những hạt nằm ở độ cao cao
hơn h sẽ bị mang ra ngoài. Ta có công thức xác định hiệu suất của bụi theo cỡ hạt như sau:

b/ Hiệu quả lọc bụi tổng thể:
Các số liệu đầu vào:
- Lưu lượng bụi vào thiết bị: L, m3/h
- Nồng độ bụi vào: g/m3 hoăc mg/m3
- Độ phân cấp theo cỡ hạt của bụi, % theo cỡ hạt
Cách tính toán như sau:

- Lập bảng phân cấp cỡ hạt theo giá trị trung bình của cỡ hat bụi;
- Tính dường kính giới hạn của hạt bụi:  0 

18L
, μm (từ cỡ hạt này, hiệu suất à
 b gBl

100%)
- Xác định hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt:

- Lập bảng hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt
- Tính hiệu suất tổng cộng theo công thức:

3.3.6. Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc bụi:
Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt η(δ) của buồng lắng được xác định theo công thức:

Theo đó để nâng cao hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt nào đó thì:
- h(δ) tăng trong khi H không đổi
- Giữ nguyên h(δ) và giảm chiều cao H của buồng lắng, nhưng phải đảm bảo lưu lượng
khí vào không thay đổi
=> Thực hiện theo cách thứ 2, tức là chia buồng lắng thành nhiều tầng đều nhau, thật vậy:

16


Nếu chia thành nhiều tầng đều nhau thì chiều cao Hi và lưu lượng Li của mổi tầng sẽ
giảm theo một tỷ lệ nào đó, do đó h(δ) không thay đổi, nếu bỏ qua bề dày của các vách ngăn thì
lưu lượng chung cũng không thay đổi, nhưng H của mỗi ngăn đã giảm xuống n tầng. Nên lúc đó
hiệu quả lọc bụi sẽ là:

3.4. Phương pháp lọc bụi dựa vào lực quán tính
3.4.1. Nguyên tắc:

Khi dòng đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ
hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc
mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị.
3.4.2. Cấu tạo của một số thiết bị lọc bụi theo pp quán tính thông dụng
- Loại hình bao:

- Kiểu phản xạ:

17


- Kiểu lá sách:

3.5. Lọc bụi theo phương pháp ly tâm
3.5.1. Nguyên tắc
Dựa vào lực ly tâm, các hạt bụi có xu hướng chuyển động ly tâm, văng ra va đập với
thành thiết bị và lắng xuống.
3.5.2. Cấu tạo thiết bị
a/ Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

18


Thiết bị gồm một ống bao hình trụ bên ngoài 1, bên trong có lõi hình trụ hai đầu bịt tròn
và thon 2. Không khí mang bụi đi vào thiết bị được các cánh hướng dòng 3 tạo thành chuyển
động xoáy. Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng
ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao và thoát ra qua khe hình vành khăn 4 để vào nơi tập

trung bụi.
b/ Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng thường được gọi là xiclon có cấu tạo rất đa dạng, nhưng
về ng

19


uyên tắc cơ bản gồm các bộ phận sau.
Không khí đi vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ đứng 2.
Phần dưới thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ống xả bụi 4. Bên trong thân hình trụ có ống
thoát khí sạch 5.
Không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và khi chạm vào ống
đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc
rồi thoát ra ngoài qua ống 5.
Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng
có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi
xuống đáy phễu. Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi.
3.5.3. Ưu, nhược điểm của xyclon
Ưu điểm:
Không có phần chuyển động
Có thể làm việc ở nhiệt độ cao
Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xyclon
Thu hồi bụi ở dạng khô
Trở lực nhỏ
Làm việc tốt ở áp suất cao
Chế tạo đơn giản, rẻ
Năng suất cao
Hiệu suất không phụ thuộc vào nồng độ của bụi

Nhược điểm:
Hiệu quả xử lý kém khi bụi có kích thươc <5µm
Không xử lý được bụi kết dính
3.5.4. Tính toán kính thước, đường kính giới hạn và hiệu suất lọc bụi
a/ Kích thước xyclon:
-

Đường kính phần trụ xyclon:

20


Trong đó:

- vận tốc quy ước, m/s, chọn
L- Lưu lượng khí đi vào xyclon

- Chiều cao phần trụ của xyclon: H1=2,26D

- Chiều cao phần nón: H2=2D
- Đường kính của thoát khí: d1=2r1=

, vr- vận tốc khí ra khỏi thiết bị, chon vr=4-

8m/s.
- Đường kính giới hạn của hạt bụi:

Trong đó: n- số vòng quay, vg/s
r1- bán kính phần trụ
r2- bán kính ống tâm

l= Hp= H-h
H- Chiều cao phần trụ; h- chiều cao cửa dẫn khí vào
hxb=

L
, mặt khác h/b=k=2-4
wv

do đó:

, vv là vận tốc vào xyclon, chọn vv= 20-25m/s

n được tính như sau:

n=

(0,7  1)
V , vg/s
 (r1  r2 ) E

vE= L/hxb- là vận tốc ban đầu của dòng khí ở ống dẫn khí vào
b/ Hiệu quả lọc bụi:
- Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt:
1  exp 2 
  
 100%
1  exp02 
4
9

Trong đó:     3

 b 2 r22  r12
nl

L
21


Thông thường người ta lập bảng để tính:
Đường kính hạt bụi , m 1 2 3 4 5
1-exp(2)
1-exp(02)
(), %

- Hiệu quả lọc bụi tổng cộng trong xyclon: lập bảng
Đường kính hạt bụi , m

<5.10-6

5-10.10-6

10-15.10-6

15-20.10-6

20-25.10-6

Tổng

>25.10-6

% khối lượng
Lượng bụi trong 1m3 khí thải,
g/m3: Gi=% lk.c1
(), %

C1

7,1

26,2

52,1

78,6

100

100

Lượng bụi còn lại sau xử lý,
mg/m3 (100-())/Gi

C2

Ví dụ: Câu 4: Cho biết số liệu bụi thải như sau:

- Lưu lượng khí vào xiclon L= 10.000 m3/h
- Khối lượng riêng của hạt bụi b = 1200 kg/m3

- Nồng độ bụi vào xiclon Cv =12 g/m3
- Nhiệt độ khí thải t  35o C
- Phần trăm cỡ hạt của bụi cho trong bảng
δ, µm

5

10

15

20

25

%kl

15

25

22

20

18

Hãy xác định:
-

Kích thước xyclon?
Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của thiết bị?
Hiệu quả lọc bụi tổng cộng?
22


-

Nồng độ bụi ra khỏi thiết bị?

3.5.5. Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc bụi
Để tăng vận tốc lắng của bụi cần tăng vận tốc chuyển động của dòng khí hoặc giảm bán
kính quay của nó. Nếu tăng vận tốc chuyển động của dòng khí thì sẽ tăng trở lực của xyclon nên
khi vượt qua giới hạn nào đó của vận tốc khí thì hiệu suất sẽ giảm vì đã tạo ra dòng xoáy cản trở
quá trình chuyển động (làm sốc).
Nếu giảm đường kính xyclon thì sẽ tăng được lực ly tâm, tức là vận tốc lắng tăng, để lưu
lượng không giảm, hiệu suất lắng cao, người ta sử dụng xyclon tổ hợp.
* Các lắp đặt tổ hợp xyclon:
- Lắp nối tiếp hai xyclon cùng loại: Khi lắp đặt hai xyclon cùng loại thì hiệu quả lọc có
tăng nhưng không đáng kể, nhưng trở lực đã tăng gấp đôi, hơn nữa, mỗi xyclon đều chỉ tách
được một loại bụi có kích cỡ nhất định nên sau xyclon thứ nhất sang xyclon thứ hai hiệu suất sẽ
tăng không đáng kể.
- Lắp đặt hai hoặc nhiều xyclon song song: Khi lắp đặt song song rất phù hợp với lưu
lượng dòng khí lớn.
3.5. Lọc bụi bằng phương pháp lọc
3.5.1. Nguyên tắc
Khi cho không khí lẫn bụi đi qua lớp vật liệu lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa
các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt
sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo
thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ

3.5.2. Vật liệu lọc
- Vải lọc phải thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Khả năng chứa bụi cao và sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc bụi cao
+ Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu
+ Có độ bền cơ học cao
+ Có khả năng phục hồi cao
+ Giá thành thấp
+ Các loại vải thường được sử dụng: Vải len, vải bông, sợi thủy tinh (nhiệt độ rất cao)
- Ngoài ra còn có một số vật liệu lọc khác như cát, thạch anh,...
- Phân loại lọc:
+ Lọc thô: Sử dụng trong công nghiệp, thường yêu cầu không quá cao
+ Lọc tinh, sử dụng trong các phòng y tế, trong máy điều hòa nhiệt độ, yêu cầu hiệu suất
lọc rất cao và lọc được các loại bụi có kích thước rất nhỏ.
3.5.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc
23


24


Cấu tạo: 1- Thân thiết bị; 2- Cửa thoát khí sạch; 3- Val cấp không khí; 4- cửa dẫn không
khí sạch vào; 5- Túi vải; 7- Phểu thu bụi; 8- cửa dẫn khí bẩn vào.
Nguyên lý hoạt động:
3.5.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp:
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chi phí thấp
- Hiệu quả lọc bụi cao (99,8%)
- Năng suất lọc lớn
Nhược điểm:
- Chỉ việc được ở nhiệt độ thấp

- Không làm việc được đối với khí có tính chất ăn mòn
- Dễ tắc
3.5.6. Hoàn nguyên bề mặt lọc:
Có ba cách hoàn nguyên bề mặt lọc:
- Rung rũ cơ khí nhờ một cơ cấu đặc biệt
25