XÁC ĐỊNH CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN

CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN
II.1. Phương pháp đo đạc
II.1.1. Nguyên tắc phân tích (lấy mẫu, bảo quản, phân tích)
II.1.2. Phương pháp phân tích khí (phương pháp hóa học, hóa lý)
II.1.3. Phương pháp phân tích bụi (xác định hàm lượng bụi tổng, kích thước hạt và sự phân
bố, xác định bụi lơ lửng, bụi lắng,…)
II.1.4. Đánh giá kết quả phân tích
II.2. Phương pháp tính toán mô hình xác định nồng độ chất ô nhiễm trong m.ôi trường
không khí
II.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát tán chất ô nhiễm trong môi trường không khí
II.2.2. Phân loại nguồn gây ô nhiễm
II.2.3. Phương trình cơ bản tính nồng đố chất ô nhiễm trong môi trường không khí
II.2.4. Mô hình Gauss với nguồn điểm
II.2.5. Mô hình khuếch tán của nguồn đường
II.2.6. Mô hình khuếch tán của nguồn mặt
II.3. Giới thiệu một số Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về môi trường không khí
CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN
Phải có lời dẫn trươc khi vào chương này
II.1. Phương pháp đo đạc
II.1.1. Nguyên tắc phân tích
a. Lấy mẫu
Chuẩn bị chương trình lấy mẫu:
Cần phải xác định được các yếu tố sau:
+ Thông số: Phụ thuộc mục đích quan trắc: chất lượng không khí xung quanh hay nguồn
phát thải.
+ Địa điểm: Lấy mẫu ở nguồn thải hay ở môi trường xung quanh, trước hay sau hệ thống
xử lý...
+ Thời gian: Thời điểm lấy mẫu (lấy ở các thời điểm đại diện cho khu vực), khoảng thời
gian cần thiết cho một mẫu.
+ Tần suất: số lần lấy mẫu/đơn vị thời gian.
Các dạng lấy mẫu khí:

- Lấy mẫu đánh giá chất lượng không khí:
+ Lấy mẫu khí:
22


Nguyên tắc: Chất khí cần quan tâm có thể được thu giữ nhờ các cách sau:
Hấp phụ: Chất hấp phụ là than hoạt tính, silicagel, Al2O3.... Ví dụ dùng XAD-2 hấp phụ
PAHs.
Hấp thụ: Dùng các chất thích hợp để hấp thụ các khí ô nhiễm cần quan tâm. Ví dụ: Dùng
dung dịch KOH hấp thụ CO2...
Ngưng tụ: Hạ nhiệt độ dòng khí xuống dưới điểm sôi hoặc điểm chảy lỏng của chất khí ô
nhiễm cần quan tâm
Lấy một thể tích khí: Ví dụ lấy CO
Thiết bị: Bình hấp thụ, bình hấp phụ, xylanh, túi nilon...
+ Lấy mẫu bụi:
Bụi lắng (TCVN 5948-1995):
Nguyên tắc: cân dụng cụ hứng mẫu có phủ chất bắt dính trước và sau khi lấy mẫu. Việc lấy mẫu
được thực hiện trong những ngày không mưa. Đơn vị: g/m2.ngày hoặc mg/m2.ngày.
Dụng cụ: Khay hứng mẫu bằng nhôm hoặc thuỷ tinh (đĩa petri), Vzơlin trắng.
Yêu cầu: khay lấy mẫu được đặt ở độ cao 1,5m. Vị trí lấy mẫu phải đại diện cho khu vực quan
tâm. Không có vật cản trở trong phạm vi 3m. Các vật cản trở xa phải đảm bảo cho góc tạo thành
giữa đỉnh của vật cản trở với điểm đo và phương nằm ngang ≤30o. Thời gian lấy mẫu: không dưới
1 ngày song không quá 7 ngày.
Bụi lơ lửng (TCVN 5067-1995):
Nguyên tắc: Cân bụi thu được trên vật liệu lọc sau khi lọc một thể tích không khí xác định. Đơn
vị: mg/m3.
Thiết bị: Máy lấy mẫu thể tích lớn (High volume sampler) hoặc máy lấy mẫu thể tích bé (low
volume sampler). Vật liệu lọc: Sợi thuỷ tinh, xenllulo, quart, teflon...
Yêu cầu: Mẫu được lấy ở độ cao 1,5 m. Vị trí lấy mẫu phải đại diện cho khu vực quan tâm. Trống
và thoáng gió từ mọi phía. Thời gian lấy mẫu: 1 ngày. Cần đo đồng thời các yếu tố khí tượng

như: nhiệt độ, tốc độ gió và hướng gió, độ ẩm...
Bụi PM10, PM5:
Nguyên tắc: Về cơ bản, dựa vào quán tính để tách bụi thành các phân đoạn có kích thước mong
muốn trước khi đi vào vật liệu lọc.
Thiết bị: Bộ va chạm kiểu tầng; bộ va chạm ảo; bộ va chạm ly tâm.
- Lấy mẫu đánh giá mức phát thải của nguồn tĩnh:
Đặc điểm: Vận tốc dòng khí lớn, nồng độ khí độc hại cao, nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, độ cao làm
việc lớn.
+ Lấy mẫu khí: Về cơ bản giống như lấy mẫu chất lượng không khí song cần phải: giảm nhiệt độ
khí thải xuống trước khi lấy, phải đo được độ ẩm của khí thải.
23


+ Lấy mẫu bụi:
Vị trí lấy mẫu ngay trên ống khói
Số điểm lấy mẫu phụ thuộc vào hình dạng thiết diện ống khói: tròn hay chữ nhật
Quá trình lấy mẫu phải đảm bảo isoketic

a)

b)

c)

d)

a. Isokenetic
b. Không isokenetic - điểm lấy mẫu không thẳng góc với dòng khí
c. Không isokenetic - tốc độ hút mẫu tại đầu lấy mẫu quá bé)
d. Không isokenetic - tốc độ hút mẫu tại đầu lấy mẫu quá lớn

Hình 2.1. Lấy mẫu isokenetic và không isokenetic
b. Bảo quản mẫu:
- Bảo quản lạnh: Tránh/hạn chế quá trình phân huỷ nhiệt. Tránh/hạn chế quá trình bay hơi.
- Bảo quản khỏi oxi không khí: tránh/hạn chế quá trình oxi hoá
- Bảo quản khỏi tác dụng của mặt trời: tránh/hạn chế phân huỷ bởi bức xạ mặt trời.
c. Phân tích
- Phân tích bụi:
+ Phương pháp trong lượng
+ Phương pháp phản xạ ánh sáng
+ Xác định kích thước phân bố hạt
- Phân tích nguyên tố:
+ Huỳnh quang tia X
+ Kích hoạt nơtron
+ Phổ hấp thụ nguyên tử
24


+ Plasma cảm ứng kết hợp khối phổ.
+ Cực phổ...
- Phân tích chất hữu cơ
- Phân tích ion
II.1.2. Phương pháp phân tích khí
Phương pháp phân tích chất ô nhiễm dạng khí cho : nồng độ Emission và nồng độ
Imission bao gồm hai loại phương pháp: phương pháp hoá lý và phương pháp hoá học được trình
bày trong các bảng dưới đây:
Bảng 2.1. Phương pháp xác định chất ô nhiễm dạng khí bằng phương pháp hoá lý
Phương pháp
Quang kế hồng ngoại
(IR – Fotometer)

Quang kế tử ngoại
(UV – Fotometer)
Huỳnh quang tử
ngoại

Emissio
n
x

Imission

Chỉ CO

Liên tục

Gián đoạn

Ví dụ
CO, CO2,
SO2, NO,
NH3

x

O3, NO,
NO2, SO2,

x

x

x

x

x

x

SO2

x

x

Tổng S và
tổng
cacbuahidro

x

x

x

SO2, H2S,
CO2, Cl2

x

(x)

(x)

NO2, H2S,
O2, CO, SO2

x

x

x

SO2, Cl2

x

x

x

HF, HCl, O2

x

x

x

Cl2, H2S,

HCHO, NH3

(UV - Fluoreszen)
Quang kế ngọn lửa
(Flamenfotometrie)
Máy đo độ dẫn
(Kondkometrie)
Ampe
(Amperometric)
Điện lượng kế
(Coulometric)
Đo điện thế
(Potentionmetric)
Sắc ký khí
(Gas

x

Chất hữu cơ
25


chromatographic)
Sắc khí lỏng áp suất
cao

So màu

x

x

(x)

Chất hữu
cơ, ion

x

x

(x)

SO2, NO2,
F, HCl, Cl2,
H2S, NH3,

x

O3, HCHO
Đo độ dẫn

x

x

CO2, H2

Bảng 2.2. Phương pháp xác định chất ô nhiễm dạng khí bằng PP hoá học
Phương pháp xác định

Chất ô nhiễm

SO2

SO3

NO, NO2

NO2
NO
CO

Tên

H2S

Nguyên tắc Emission

Imission

Iod-thiosulfat

Chuẩn độ

E

H2O2

Chuẩn độ

E

Silicagel

Phân tích
trong lượng
hấp phụ/so
màu

E

Izopropan

Chuẩn độ

E

Axitphenoldisulfon

So màu

E

H2O2

Chuẩn độ

E

Natrium salicilat

So màu

E

Sanltzaman

So màu

I

hoá, So màu

I

Oxi

I
I

Sanltzaman
I2O5

Chuẩn độ

Hấp thụ nước

Chuẩn, đo
điện thế, so

màu

E

Metylorang

E

Brom-Iod

So màu
Chuẩn độ

Iod

Chuẩn độ

E

HCl

Cl2

Ứng dụng

Hấp thụ Molipden So màu
xanh

E

E

I

I

26


Hấp thụ NH3

So
màu/chuẩn
độ

PP. Nessler

So màu

KI

So màu

I

Indigosulfonaxit

So màu

I

MBTH

So màu

Sulfitpararosanilin

So màu

I

P-nitranilin

So màu

I

Hấp phụ Silicagel

Điện lượng
kế CO2

NH3 (tổng N)
NH3
O3

HCHO
Phenol
Tổng C

E

E

E

II.1.3. Phương pháp phân tích bụi
Để xác định mức độ ô nhiễm khí do bụi ở tại khu vực sản xuất hay trong môi trường xung quanh,
cần chú ý các thông số sau:
-

Hàm lượng bụi tổng

-

Hàm lượng bụi lơ lửng (bụi mịn)

-

Sự phân bố theo kích thước hạt bụi

-

Thành phần bụi

Dưới đây sẽ đi vào từng phần và một vài phương pháp đo. Trong phạm vi phát thải còn cần xác
định lượng bụi lắng, lượng bụi lơ lửng (vì nó rất nguy hiểm cho hệ hô hấp)
1. Xác định hàm lượng bụi tại nơi phát xạ
a. Xác định bụi bằng phương pháp trọng lượng
Phương pháp đơn giản nhất là xác định hàm lượng bụi trong khí thải. Nguyên tắc như sau:

một phần của của dòng khí được tách ra và đưa qua một màng lọc. Bụi sẽ được giữ lại ở đó và
sau đó xác định hàm lượng bụi trên tổng thể tích khí thải đã đi qua.
Có thể xác định hàm lượng bụi bằng phương pháp thủ công và phương pháp gián đoạn.
Phương pháp này được sử dụng trong khi việc nghiên cứu các thiết bị đo bụi và dùng để vẽ
đường chuẩn, hoặc để lấy mẫu bụi xác định thành phần của nó. Để giảm sai số trong khi đo bụi
bằng phương pháp này cần chú y các điểm sau:
- Ở tốc độ lấy mẫu khí nhỏ có thể sai số dao động nhỏ. Các hạt do quán tính cũng gặp dao động
và đi vào ống. ở tốc độ hút mẫu khí lớn, khí thải từ các phần xung quanh ống cũng được hút theo,
các hạt bụi không kịp đi theo dòng khí hút và theo dòng khí thải đi qua. Do đó lượng bụi đo được
sẽ rất nhỏ và sai số sẽ lớn. Sai số phép lấy mẫu còn phụ thuộc vào kích thước hạt và mật độ hạt.
27


kớch thc ht cng nh v t trng (mt ) ht cng nh thỡ dao ng cỏc ht bi v sai s cng
nh.
tc hỳt khớ luụn cú tc nh nhau thỡ trc ht phi xỏc nh tc dũng khớ thi
trc thit b ngn bi v tt nhiờn s phõn b theo tit din ngang ca ng khớ thi.
Mt h thng o bi bng phng phỏp trng lng ch ra hỡnh sau:

màng lọc

bông thạch anh

thép trắng

V
miệng ống

sàng lọc hỗ trợ

đo tốc độ

bình ngung

bơm hút

ống nối

Hỡnh 2.2. Thit o bi tng bng phng phỏp trng lng

Tc ca phn khớ c xỏc nh qua vũi phun Ventury v mỏy o tc (c iu
chnh qua bm)
Th tớch khớ hỳt qua s hin th trờn ng h khi tc dũng khớ chớnh c tớnh theo
phng trỡnh Bernuly
v

2 Pd
f

v: tc khớ
Pd: ỏp sut ng hc (bng ỏp sut tng- ỏp sut tnh) c o bng ng Prant
d : t trng ca khớ thi m (khi lng riờng)

Phng phỏp o ny s dng xỏc nh bi trong dũng khớ thi, do ú cn xỏc nh khi
lng riờng ng vi nhit khớ thi v ỏp sut khớ tớnh ca khớ thi, ngoi ra cn xỏc nh khớ
khỏc na.
Vớ d gi bi ra ngi ta dựng bụng thch anh ngn trờn ng ng ly khớ.
Thit b lc bi c t trc tip trong ng ng khớ thi v nú c lm núng bi khớ
thi-mt b phn gia nhit ngn nga ngng t hi nc trong thit b lc s khụng cn thit
na. Nh ng hỳt rt ngn, nờn tn tht bi trờn ng ng rt nh. Vi mc ớch c bit gi

mt lng bi rt ớt vỡ cú th dựng thit b lc Planfilte. Nhng ht bi lng mng lc c xỏc
nh qua thnh phn, hm lng cỏc cht cn bit.
28


Ví dụ bụi hấp phụ H2SO4: Để xác định, bụi được hòa tan cùng với vật liệu lọc trong nước,
sau đó được chuẩn với NaOH. Để xác định hàm lượng có thể cháy (ví dụ bồ hóng) thì lọc bụi
được đặt trong lò nung thành tro và sau đó xác định bằng cân lượng cặn còn lại.
Đối với việc xác định kim loại nặng như Ba, Cd, Cr, Ni, Pb, Va.. và bụi .. dư ở cái lọc bụi
bông thạch anh thì các nguyên tố được phân tích với sự giúp đỡ của quang phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS). Khi phân tích kim loại trong khí thải cần chú y rằng một số chất liên kết ở nhiệt độ làm
việc có thể nằm trong thể hơi. Vì vậy để xác định hơi kim loại thì cần thiết sau lọc bụi có một
thiết bị giữ hơi (ví dụ chai hấp thụ)...
b. Máy ghi nồng độ bụi trong khí thải
Để kiểm soát hiệu quả của các thiết bị tách bụi hoặc điều chỉnh đúng thiết bị đốt cũng như
đảm bảo giới hạn phát xạ, hàm lượng bụi của khí thải phải được đo liên tục và vẽ lên đồ thị. Ở
đây có hai nguyên tắc do được ứng dụng. Đó là máy đo bụi bằng phương pháp quang học và sử
dụng dao động của tia  như là kết quả đo.
Máy đo bụi bằng tia 
Một phần của dòng khí được hút từ kênh khí thải với tốc độ không đổi. Bụi chứa trong
dòng khí này được tách bởi một tấm lọc bằng giấy và đưa vào thiết bị chiếu tia  . Kết quả đó
được sử dụng sự thay đổi của tia  nó phụ thuộc vào khối lượng bụi trên giấy lọc.
Sau một thời gian xác định, giấy lọc được quay và một lớp bụi mới xuất hiện. Từ các giá
trị cao nhất đạt được sẽ cho ta kết quả nồng độ bụi. Đó là phương pháp hầu như liên tục, máy
phải được chuẩn qua phương pháp đo bụi bằng trọng lực
Đo bụi bằng quang học
Trong những máy đo bụi quang học thì chia ra loại máy đo bụi mật độ khói đơn giản và
máy đo hàm lượng bụi có đường chuẩn. Cả hai loại máy này có điểm chung là có thể đặt trực tiếp
trong đường ống khí thải và chiếu ánh sáng qua. Sự thay đổi cường độ ánh sáng do hàm lượng
bụi chứa trong khí thải gây nên, sẽ được sử dụng như là kết quả đo. Giá trị chuyển đổi giảm

xuống phù hợp với sự tăng của mật độ khói hay các phần tử rắn trong khí thải.
Khi hàm lượng bụi trong khí thải được xác định bởi máy quang học thì cường độ ánh sáng
được đo theo phương trình:
E  ln

1
D

I
1 Io

 e cl  E  ln 0  cl
D I
I

 : hệ số Exlan

c: nồng độ bụi
l: chiều dài trong cuvet
29


Io: cường độ ánh sángđi vào
I : cường độ ánh sáng đi qua
E: độ ... của vật liệu hấp thụ
D: độ cho phép ánh sáng đi qua
Cường độ ánh sáng sẽ tỷ lệ với nồng độ cần tìm trong khí. Người ta dùng 3 độ dài sóng
xác định: 313 nm, 436nm và 546nm. Ở mỗi bước sóng này xảy ra sự thay đổi ánh sáng đo bụi. ở
313 nm cũng như đo SO2 ở độ dài sóng 436 nm dẫn tới việc tạo thành một đại lượng hỗ trợ để
giảm nhiễu khi đo SO2.

Bộ phận nhận và gửi thì được ở cùng một cửa (phía), ở mặt khác của ống khói chỉ có 1
guong. Đèn thuỷ ngân tháp áp là bộ phận phát sáng, phần nhận tia sáng của một phần (xem lai
phần này....)
Trước đó sự phân bổ phổ của bộ phận đèn trong 3 bước sóng khác nhau được giữ lại với sự
giúp đữ của tấm kính lọc quang. ánh sáng phản chiếu được đo với gương trong khoảng 15 phút.
Cường độ ánh sáng đo và ánh sáng phản xạ được chuyền bởi bộ phận nhận quang điện tử và cho
kết quả có giá trị điện tử. Từ những tổng cường đọ ánh sáng được đo ở 3 bước sóng, sẽ tính ra giá
trị E đối với bụi và SO2. Độ ô nhiễm, điểm O và điểm kiểm tra sẽ được chú y đo và vẽ ra ở giấy
viết. Phương pháp đo này có ưu điểm của cách đo bộ phận, nghĩa là nó được đo không cần hút
một phần khí trực tiếp ở ống khói. Các vấn đề khác như lấy mẫu, làm lạnh khí, sự hỏng hóc, tắc
bộ phận lọc... có thể không gặp phải. Tuy vậy vẫn phải xây dựng đường chuẩn để so sánh với các
phương pháp khác, đối với bụi, dùng phương pháp trọng lực, đối với SO2 cần phương pháp hóa
học. Vì vậy cũng tốn kém vì mỗi mạng lưới đo yêu cầu đo ở những nồng độ khác nhau. Việc xây
dựng đường chuẩn của đo bụi băng phương pháp quang học cjỉ có giá trị đối với mỗi loại mẫu bụi
và sự phân bố hạt có giá trị đối với mỗi loại bụi và sự phân bố hạt theo độ lớn. Nếu bụi cần đo có
tính chất quang học khác với bụi xây dựng đường chuẩn (kích thước mịn hơn hoặc màu khác, thì
sẽ gặp sai số (ví dụ bồ hóng đen hấp thụ ánh sáng khác hẳn thạch cao trắng).
2. Xác định muội mồ hóng trong khí thải đốt lò
Để xác định lượng dầu cháy trong sự cháy hoàn toàn thì cần đo muội mồ hóng. Thiết bị đó là một
bơm tay trong có đặt một giấy lọc trắng. Từ khí thải một thể tích xác định được hút ra. Muội mồ
hóng bị giữ trên giấy lọc tạo thành một mảng đen, tròn. Độ đen (như là hệ số mồ hóng) được xác
định bằng cách so sánh với một bộ 10 đơn vị từ O (trắng) tới 9 (đen). Phương pháp này yêu cầu
giấy lọc (ví dụ cháy bằng dầu FO thì độ đen  2, dầu chứa nhiều S thì độ đen  3).Chú ý rằng đây
là phương pháp thích hơp nhât để xác dịnh muội mồ hóng vì sự liên quan giữa độ đen và khối
lượng bụi. Mỗi bụi nhiên liệu sau đốt cháy có thể được phát ra với những tính chất quang học
khác nhau. Độ đên là một, chỉ thị xác định tốt và đơn giản, để kiểm tra sự cháy hoàn toàn của dầu
trong quá trình cháy và như thế có thể giới hạn sự phát xạ của CO và Cacbuahydro. Nếu có
những phần không cháy được của dầu ở mặt giấy lọc, ta sẽ nhận thấy màu vàng nâu. Như vậy
phải dùng một phương tiện thử để kiểm tra khả năng nhìn thấy. Do là phương pháp sắc ky giấy
30

đơn giản: khi nhúng giấy lọc và Axeton (trước kia dùng Pyridin rất độc) sẽ hòa tan các chất độc
này khỏi giấy và bề mặt giấy lọc có thể cho ánh sáng đi qua.
Chú ý những thiết bị đốt nhiên liệu rắn ngoài mồ hóng còn có cả hắc ín. Để có thể kiểm xoát ô
nhiễm những chất thải này một cách đơn giản, người ta dùng một loại ống so sánh, ngoài 10 giá
trị độ đen còn có 8 thông số về màu vàng và nâu.
3. Đo hàm lượng bụi tổng trong không khí xung quanh
a. Thiết bị lọc làm việc gián đoạn
Thiết bị này giống như thiết bị đo hàm lượng bụi ở nồng độ phát xạ (Emission) bằng
phương pháp trọng lượng. Để đo bụi trong khí quyển người ta cũng dùng bơm hút khí qua một bộ
phận lọc bụi và lượng bụi được giữ lại trên một thể tích khí xác định đi qua sẽ là kết quả đo.
Nhưng phải bảo đảm mẫu khí đo ở điều kiện tĩnh. Các máy dùng để đo được phân biệt theo
nhiệm vụ đo theo lưu lượng khí.
Thiết bị thu hồi bụi với lưu lượng lớn: Nếu bụi được tách cần phải được phân tích dựa trên thành
phần của nó thì để hu thập bụi đủ cho phân tích người ta dùng thiết bị thu hồi bụi lưu lượng lớn.
Thiết bị này có thể làm việc với lưu
Màng lọc
Chụp bảo
3
lượng khí 1,5m /phút (tương đương
Bộ phận hâm
3
90m /h). khí được đưa qua một màng
lọc sợi thuỷ tinh có đường kính lớn (ZB
257mm). Tại đây hầu như tất cả các
loại bụi có đường kính > 0,3m bị giữ
lại toàn bộ. Thời gian đi qua lọc khoảng
24h.

Chân đế

Bộ phận lọc và bộ phận trước lọc được
làm nóng, vì nếu tách những giọt mù
thì tổn thất áp suất ở bộ phận lọc có thể
tăng lên. Do quá trình làm nóng những
giọt này sẽ làm bay hơi nhanh hơn. Ở

Đo lưu lượng khí

Quạt

Động cơ

mùa đông nếu không gia nhiệt thì sẽ có Hình 2.3. Thiết bị lọc, làm việc gián đoạn
nguy cơ đóng băng khi tách các hạt mù.
- Thiết bị lọc nhỏ:
Để đo hàm lượng bụi gián đoạn, có thể dùng các loại thiết bị lọc nhố có kích thước  = 50mm
hoặc 120mm. Với loại này, lưu lượng khí
cho đi qua khoảng 2,5 – 16m3/h và thời
gian lấy mẫu là 24h. Nhiều bụi được thu
hồi ở thiết bị lọc nên ngoài việc xác định

Gia nhiệt

Bơm hút

Đo lưu lượng
Màng lọc

Hình 2.4. Thiết bị thu bụi lọc gián đoạn nhỏ

31


trọng lượng bụi còn có thể xác định thành phần của những bụi được tách.
Chú ý: hạn chế những biến đổi thành phần trong bộ phận lọc bụi.
Để ngăn cặn các sai số do những hạt mù thì bộ phận lọc thu hồi bụi cần phải được làm nóng (gia
nhiệt). Nếu không sẽ có nhược điểm như trong ẩm SO2 ở dạng khí có thể bị hoàn tan làm cho
một số thành phần của bụi (ví dụ Canxi) sẽ biến đổi thành sulfat. Việc xác định sulfat và lưu
huỳnh ở các hạt bụi do đó có thể gặp sai số vi dụ Sulfat một phần được tạo thành trên thiết bị lọc.
Sai số này không chỉ đối với sulfat mà còn với nitrat và các chất hữu cơ khác nữa. Nếu gia nhiệt
bộ phận lọc thì vấn đề này sẽ được giải quyết do đã tách đựơc hơi nước
Ở đây chú ý rằng cần có một số vật liệu làm lọc có thể do tính kỵ nước làm ảnh hưởng khi hàm
lượng ẩm tương đối lớn. Với sự có mặt của các khí có tính chất axit như SO2 và NO2 thì không có
thiết bị lọc sợi thuỷ tinh nào chụi được vì các sợi này có tính kiềm yếu sẽ kết hợp với các chất
bẩn và giữ khí này ở lại màng lọc.
Tuy nhiên việc gia nhiệt của thiết bị lọc này cũng có những nguy hiểm như một số chất dễ bay
hơi có thể bị tổn thất, đặc biệt khi nó làm việc với lưu lượng khí lớn.
Cần chú ý khi xác định các thành phần của bụi là có một số thành phần bụi có thể phản ứng hoá
học với nhau ngay trên lọc bụi. Nên bụi càng giữ lâu trên màng lọc thì sự biến đổi càng đáng chú
ý. Vì vậy khi lấy mẫu bụi cần chú ý các yêu cầu sau:

b. Thiết bị đo hàm lượng bụi tự ghi
Đối với nhiều trường hợp thì cần phải đo hàm lượng bụi liên tục trong khí quyển. Thiết bị
lọc bụi tự động chỉ có tác dụng khi thời gian thu hồi đối với mỗi loại bụi là liên tục và kéo dài ít
nhất là 12h.
Để xác định hàm lượng bụi tự ghi liên tục cần xử dụng các loại máy đo, như máy đo bụi
bởi tia  hoặc một loại máy quang học nào đó. Cả hai nguyên tắc này chỉ có thể xác định hàm
lượng bụi trong khí quyển mà không xác định được thành phần và tính chất bụi

Thiết bị đo bụi bằng tia 
Nguyên tắc của việc đo bụi trong khí quyển theo phương pháp hấp thụ tia  được mô tả như thiết
bị đo bụi ở cơ sở sản xuất.
Thiết bị đo bụi quang học
Khi một tia sáng chiếu qua một dòng khí chứa bụi thì sẽ có sự thay đổi cường độ sáng.
Trong đó ánh sáng sẽ hắt lên hạt bụi. Trong việc đo hàm lượng bụi và mật độ khói của khu vực
sản xuất thì sự thay đổi độ sáng tỷ lệ với hàm lượng bụi cần đo. Đối với việc đo hàm lượng bụi
trong khí quyển các máy đo cần đánh giá cường độ sáng đo ??(ở 250 đối với tia sáng được bắn
lên và như vẫy sẽ tách khỏi dòng ánh sáng chính.
32


Nguyên tắc của thiết bị đo theo phương pháp chiếu sáng như sau:
Một nguồn sáng sẽ chiếu một
sáng lên tấm gương phản chiếu
sinh ra tia sáng cần đo và tia
sánh. Tia cần đo đi tới tế bào đo
sáng sẽ giảm đi bởi những hạt

Những tia vành ngoài của
nguồn sáng sử dụng

Nguồn sáng qua mẫu

2
Nguồn sáng cho
mẫu đi qua

chùm
là nơi sản

sáng so
và
ánh
bụi.

Dòng ánh sáng bị che sẽ được
đưa tới tế
Tia…??.
bào quang học. Tia so sánh
được đưa
Hình 2.5…??…
qua một máy lọc và tiêu chuẩn
so sánh,
khi các tia qua tế bào quang trên thì có cùng cường độ ánh sáng sẽ cho một dòng chiếu qua cầu
quang học ở trong lượng cân bằng. Khi có nhiều tia sáng bị che do các hạt bụi trong tế bào đo, kết
quả dòng mạch bị giảm dẫn đến thiết bị do sự dao động sẽ thay đổi tới khi đạt cường độ sáng cân
bằng giữa các tia thì đoản mạch sẽ biến mất.
4. Đo bụi lắng trong khí quyển
Để xác định bụi trong môi trường khí quyển có thể xác định thông qua lượng bụi lắng, qua
đó có thể đánh giá được mức độ ô nhiễm bụi. Từ lâu người ta đã sử dụng phương pháp này đó là
cân màng giữ bụi và bình giữ bụi để xác định lượng bụi lắng trong một đơn vị thời gian và đơn vị
diện tích.
Phễu
- Phễu - bình hứng bụi

Bình giữ bụi

Bụi được hứng vào một bình chứa xác định
cùng với lượng nước mưa (hoặc tuyết) thời gian trung
bình khoảng 30 ngày, sau đó đem lọc hoặc làm bốc

hơi nước, phần cặn còn lại đem cân. Tính cho lượng
cặn trên diện tích mặt mở của bình giữ bụi ta có
g/m 2.ngày.

Hình 2.6. Phễu - bình giữ bụi

- Màng giữ bụi
Màng giữ bụi có chất
Vaselin là chất giữ bụi.

Màng giữ bụi

Nhược điểm: nước mưa có thể
chứa một số chất độc hoà tan và
khi cho bốc hơi sẽ kết tinh lại
làm sai số lượng bụi lắng.

Vazelin + Paraphin

Lớp màng tấm
Khung kim loại

Hình 2.7. Màng giữ bụi

5. Xác định sự phân bố hạt theo kích thước

33


Những thiết bị tách bụi thường xuyên có một lượng bụi mịn sinh ra vì chúng rất khó lắng như các

hạt bụi thô ngay cả với những thiết bị tách bụi có hiệu suất tách bụi cao. Những hạt bụi mịn rất
khó lắng và có thể phân tán rất xa. Bụi mịn có tính chất đặc biệt là dễ hấp phụ khí. Ngoài ra bụi
mịn còn có thể gây các bệnh về phổi. Ngày nay càng nhiều người quan tâm tới hiệu suất tách bụi
từng phần của thiết bị tách bụi. Để xác định thông số này thì việc phân tích độ lớn của hạt bụi là
cần thiết. Người ta đã nghĩ rằng có thể lấy mẫu bụi từ dòng khí thải sau đó đem phân tích bởi ánh
sáng hoặc sàng phân ly. Để giữ một khối lượng bụi lớn cần phải đặt bộ phận lọc giữ bụi theo
dòng khí thải, tuy nhiên vẫn còn một tập hợp các hạt bụi bị giữ lại ở thành của ống hút . Nhưng
dù vậy đây vẫn là một cách đo và thu thập bụi với các kích thước khác nhau trực tiếp trong khí
thải.
Một khả năng xác định trực tiếp phân bố bụi theo kích thước hạt trong khí thải là thiết bị tách bụi
từng lớp. Nguyên tắc của thiết bị này gồm các lỗ xắp sếp và các tấm song song nhau. Các lỗ ở
mỗi tầng có tác dụng như khoảng trống để cho các khí đi qua, càng về sau kích thước các lỗ càng
nhỏ dần tốc độ qua đó tăng dần từ tầng đầu tới tầng cuối. Hình 2.8 chỉ ra nguyên tắc làm việc của
một trong các dạng thiết bị này. Dòng khí được hướng đi qua các lỗ phun trên các tấm song song
sao cho các phân tử bụi ở từ một kích thước lớn xác định do quán tính bay vào các tấm và được
giữ lại ở đó. . Bụi có kích thước nhỏ hơn sẽ cùng với dòng khí chuyển động và đi vào tấng tiếp
theo, ở đó có tiết diện lỗ nhỏ nên tốc độ khí sẽ lớn và những hạt bụi có kích thước lớn theo quán
tính sẽ va đập vào tấm song song đối diện và
các hạt bụi tách ra. Trên mỗi
không có hoàn toàn một tập
tách lý tưởng với một dường
bụi xác định mà một tầng chỉ
một tập hợp các hạt có
kính nhất định được tách ra

Mẫu

Bậc 1

Bậc 2

hiệu suất tách gần đúng
50%.
Những tấm song song lắp
thiết bị thường làm bằng sợi
tinh. Trước và sau khi cho
qua chúng đượ cân và qua đó
phần tỷ lệ tương đối của các
hạt.

Tấm chắn

tầng
hợp bụi
kính hạt
có thể có
đường
mà lại có
khoản

Bậc n

Màng lọc

Hình 2.8. Nguyên tắc của thiết bị đo bụi từng lớp

đặt trong
thuỷ
khí
đi

xác định
tập hợp

Có thiết bị tách bụi kiểu tầng loại hạt nhỏ để có thể trực tiếp đặt ở trong đường khí thải. Độ chính
xác của việc đo kích thước hạt theo kiểu tầng này phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của cân. Vì
vậy kỹ thuật cân được đặt yêu cầu rất cao. Nhiệt độ và độ ẩm có thể ảnh hưởng tới kết quả đo.

34


Mỗi tầng sẽ có một tập hợp bụi có kích thước nhất định và thực tế đường kính hạt bụi ở đó là các
hạt bụi có đường kính chiếm 50% tổng số hạt bụi được tách.
6. Xác định thành phần bụi.
Để xác định thành phần bụi bằng bụi lắng cũng như ở bụi lơ lửng có nhiêu phương pháp khác
nhau
Dưới đây là giới thiệu một vài phương pháp phân tích.
Quan sát qua Kính hiển vi:
Những hạt bụi được thu hồi ở các màng giữ bụi có thể được quan sát bằng kính hiển vi. Các phàn
mồ hóng, vỏ, nuội cũng có thể quan sát tốt.
Phương pháp đốt :
Xác định hàm lượng chất hữu cơ, cặn bay hơi trong bụi. Tro hoá và xác định các cặn bay hơi.
Các phần bụi hữu cơ lơ lửng có thể xác định nhờ đem đốt trong các lò và xác định tổn thất trọng
lượng. Điều này rất có ý nghĩa khi lượng chất hữu cơ chủ yếu có trong bồ hóng.
Quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS)- xác định hàm lượng kim loại:
AAS là phương pháp tiêu chuẩn ở phòng thí nghiệm để xác định các kim loại. Kim loại được tách
nhờ một dung dịch của những bộ lọc và sau đó bay hơi trong ngọn lửa. Một ?????tia sáng với một
chiều dài sóng, trong đó kim loại cần tìm sẽ chỉ một sự hấp thụ được gửi tới qua mẫu bốc hơi. Sự
hấp thu ánh sáng được đo và phù hợp với định luật ánh sáng Lambert- Beer thì khối lượng kim
loại định đo so sánh với dung dịch tiêu chuẩn.
Xác định kim loại nặng- nguyên tố phóng xạ bằng huỳnh quang tia Ronghen

Mẫu ở bộ lọc đựa đưa vào nhừ tia Ronghen đơn ký, mỗi nguyên tố phát xạ trong khi đưa vào
được đặc trưng bằng tia Ronghen. Đồ dài sóng của chúng được sử dụng để đo và cường độ của
chúng là một tỷ lệ đối với khối lượng nguyên tố trên bề mặt lọc nghiên cứu.
Tia X:
Với phương pháp này các kim loại nặng như là Niken được phân tích. Mẫu được bắn phá với tia
hạt, thường là Protonen. Vì vậy các nguyên tố trong mẫu được đưa tới sẽ tạo nên một phát xạ tia
Ronghen. Độ dài sóng được đặc trưng đối với từng nguyên tố riêng biệt.
Quang phổ khối (Massenspektrometric – MS):
Quang phổ khối là một phương pháp chung để xác định các chất hữu cơ, nhưng cũng có thể phân
tích các thành phần vô cơ. Để phân tích các hạt riêng biệt thì một dạng đặc biệt hơn là quang phổ
khối- tia Lazer. Từ một lớp màng hữu cơ mỏng những phaant]r được tách ra và được bay hơi
dưới sự kiểm tra với xung lazer. Những điều kiện này dẫn tới sự tạo thành của các ion, phân tử,
nguyên tố.. khối lượng của các ion tạo thành sẽ được phân tích trong máy quang phổ khối.
So màu:

35


Để xác định các ion khác nhau bám trong bụi hoặc có trong thành phần bụi ví dụ: Cl-, NH4+,
SO42-, NO3-.. có thể phân tích bằng phương pháp so màu. Mẫu bụi được cho vào một dung dịch
phản ứng hoá học trong đó ion cần tìm sẽ tạo nên một màu. Cường độ màu sẽ được xác định bằng
máy so màu.
Sắc ký ion:
Để xác định hàm lượng ion của hạt (ví dụ sulfat, Nitrat, Chlorit... ) được dùng sắc ký ion. Mẫu
được cho vào một dung dịch có tính axit, bụi được lọc và dung dịch này được đưa thẳng vào tách
và phân tích sắc ký ion.
Cơ sở đối với việc sử dụng những phương pháp xác định riêng biệt là vật liệu lọc không ảnh
hưởng tới việc phân tích. Điều này đặc biệt trong trường hợp khí cần lọc chứa những nguyên tố
cần phân tích hoặc khi lọc tạo nên một môi trường quá mạnh (trong phân tích vật lý, một sự lựa
chọn vật liệu là rất cần thiết).

II.1.4. Đánh giá kết quả phân tích( phải viết lại phần này)
- Tính đổi đơn vị: g, mg/m3  ppm, ppb
VD: Đổi nồng độ SO2 20ppm ra mg/m3
40 mg CO/m3  ppm
- So sánh với tiêu chuẩn so phép:
- Đánh giá hiện trạng môi trường theo TCVN về:
+ TCVN không khí xunh quanh
+ TCVN một số chất vô hữu cơ
+ TC 505/Bộ y tế nồng độ cho phép ở khu sản xuất.
Để từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm và đề ra phương pháp xử ly.
Ví dụ: khói thải động cơ ô tô
- Ở một số nước cơ quan chức năng kiểm tra nồng độ phát xạ rồi mới cấp giấy phép hoạt động.
- Khói thải động cơ ô tô sinh ra một số khí như: CO, CO2, NOx, HC, SO2 (ít)
Kn: hệ số dư = lượng không khí đưa vào/lượng không khí theo lý thuyết.
Khói xả từ ống xả qua bộ phận pha loãng  trao đổi nhiệt để tránh ngưng tụ vào thể tích túi
bằng hằng số cho trước. Ngoài ra có thể lấy 3 mẫu:
Khí CO, CO2: Máy phân tích - Phân tích bằng phương pháp hồng ngoại (Anh, Mỹ, Nhật)
Khí NOx: Máy phân tích - Phân tích bằng phương pháp quang hoá.
HC: Máy phân tích - Phân tích bằng phương pháp ion hoá.
Bụi, muội: Dùng thiết bị lọc

36


V = Constant

Túi

Máy phân tích

(Phòng TN)

Lọc bụi
Trao đổi
nhiệt

KK sạch

Khí thải sinh ra từ động cơ ôtô được pha loãng bằng không khí sạch, được duy trì sao cho luôn ổn
định về V dòng khí. Từ hỗn hợp khí này lấy ra dòng nhỏ cho vào túi đưa đi phân tích ở thiết bị
phân tích. Nồng độ chất ô nhiễm trong túi là giá trị trung bình của hỗn hợp khí thải ra trong quá
trình xe chạy. Biết được lưu lượng và tỷ trọng riêng có thể tính được khối lượng cấc chất ô nhiễm
sinh ra do xe chạy. Việc pha loãng khí có ưu điểm là: giảm điểm ngưng của khí thải và ngăn cản
quá trình ngưng tụ hơi nước. Thông qua việc điều khiển thể tích khí thải và không khí có thể lấy
được mẫu khí trực tiếp và liên tục ngay cả khi dòng khí thải thay đổi.
Ví dụ ở Mỹ: Người ta cho xe chạy với vận tốc 90km/h, chạy liên tục trong 1 dặm; Tiêu chuản cho
phép chung cho các trường hợp: chạy đều, tăng tốc độ, chậm: CO: 3,4 g/dăm (~1,8 km), NOx:
1g/dặm, CnHm: 0,41 g/dặm. Tiêu chuẩn Châu Âu cũng tương đương.
II.2. Phương pháp xử dụng mô hình dự báo nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không
khí
II.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát tán chất ô nhiễm trong môi trường không khí
a. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng
Điều kiện khí tượng có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình khuếch tán chất ô nhiễm trong khí
quyển. Các yếu tố khí tượng có ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình khuếch tán khí tại một vị trí và
thời điểm đã cho là: Tốc độ và hướng gió, ánh nắng mặt trời, mức độ chênh lệch nhiệt, sự khuấy
trộn khí theo chiều dọc và ngang. Sự biến đổi không ngừng là đặc tính quan trọng của khí quyển.
Ví dụ: nhiệt độ và gió luôn thay đổi theo vị trí, mùa và các địa hình phụ cận...
Gió:
Tốc độ gió và hướng gió có ảnh hưởng lớn đến quá trình di chuyển và pha loãng chất ô nhiễm.
Nếu tốc độ gió tăng, cường độ khuếch tán cũng tăng tương ứng với nồng độ ô nhiễm giảm đi.

Đây là kết quả của quá trình trộn lượng chất ô nhiễm vào một thể tích lớn không khí. Nếu tốc độ
phát tán là ổn định, tốc độ gió tăng gấp đôi sẽ làm giảm đi một nửa nồng độ chất ô nhiễm. Như
vậy có thể nói nồng độ chất ô nhiễm là một hàm nghịch đảo của tốc độ gió.

37


Tốc độ gió ngang bị ảnh hưởng lớn bởi ma sát, tương ứng với bề mặt gồ ghề của địa hình như:
núi, sông, hồ, thung lũng, rừng... Tốc độ gió trên các bề nhẵn như bờ hồ, cánh đồng... có xu
hướng lớn hơn trên các bề mặt gồ ghề như núi đá, tòa nhà… Phân bố tốc độ gió theo độ cao
trong một số dạng địa hình được mô tả như hình 2.9.

Ngoại ô

Thành phố

Độ cao

Nông

Vận tốc gió

Hình 2.9 Tốc độ gió theo chiều cao trong một số dạng địa hình
Ta nhận thấy ở thành thị có bề mặt gồ ghề lớn lên tốc độ gió gần mặt đất là rất thấp.
Quá trình khuếch tán chất ô nhiễm cũng bị ảnh
lớn bởi sự thay đổi của hướng gió ngang. Nếu
gió tương đối ổn định thì các khu vực cố định
hướng gió sẽ liên tục chịu sự ô nhiễm ở mức
Nếu hướng gió được nâng lên không đổi thì
nhiễm sẽ được khuếch tán trong một vùng lớn

mức độ tập trung ô nhiễm sẽ ít đi. Hướng gió
không cố định và có thể thay đổi rất nhanh

hưởng
hướng
phía sau
độ cao.
chất
ô
và do đó
thường
trong

một thời gian rất ngắn. Ví dụ sự đổi hướng gió
30o trong
Hình 2.10. Biểu đồ hoa gió
một giờ là phổ biến, trong một ngày hướng gió thể hiện hướng, tốc độ và tần xuất gió có
thể
đổi tới 180 o.
Hướng, tần xuất và tốc độ gió có thể tổng quát bởi biểu đồ hoa gió. Các dữ liệu được đưa vào
theo tám hướng chính và tám hướng phụ của la bàn. Tốc độ gió được chia thành từng mức, chiều
dài cánh hoa là tần xuất lặng gió. Ngoài ra người ta còn sử dụng hóa chất ô nhiễm cho biết tần
xuất và mức độ chất ô nhiễm như một hàm của hướng gió.
Việc tính toán tốc độ gió ở tầng đối lưu khí quyển là rất phức tạp. Để xác định tốc độ gió như một
hàm của độ cao một cách chính xác đòi hỏi phải giải hệ phương trình vi phân chuyển động Navie
Stoc và phương trình dòng liên tục trong một số điều kiện biên nhất đinh. Tuy nhiên việc giải hệ
phương trình này là rất phức tạp do đó để xác định tốc độ gió người ta thường giả thiết tốc độ gió
là một hàm lũy thừa của độ cao và áp dụng công thức:
 z
Uz = U1 .  

 z1 



để tính tốc độ gió ở một độ cao z bất kỳ.
Uz, U1:là vận tốc gió ở một độ cao tương ứng z và z1
38


 : là hệ số phụ thuộc vào địa hình được xác định từ thực nghiệm.
Thường thì z1= 10m là độ cao có thể xác định được tốc độ gió nhờ các trạm khí tượng.
Vậy tốc độ gió có thể tính theo công thức:
U = U 10

 z
.  
 10 



Trong đó  trong một địa hình cụ thể được xác định như sau (4):
Giá trị 
Địa hình bằng phẳng

0,16

Vùng ngoại ô

0,28

Vùng thành phố

0,4

Nhiệt độ:
Nhiệt độ tăng thì khối lượng riêng khí giảm. Sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến sự di chuyển vật chất
vì nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp sang nơi có nhiệt độ cao. ở tầng đối lưu nhiệt độ giảm theo chiều
cao tới độ cao xấp xỉ 10 km. Thông thường nhiệt độ giảm -1oC trên 100 m độ cao. Tức là -10oC
/1 km. Đây là tốc độ giảm đoạn nhiệt của môi trường. Tốc độ giảm nhiệt độ của môi trường đặc
trưng cho độ ổn định của khí quyển và ảnh hưởng sâu sắc đến sự dịch chuyển khí theo phương
thẳng đứng cũng như khuếch tán chất nhiễm.
Mối quan hệ giữa tốc độ giảm nhiệt của môi trường với tính ổn định của môi trường được mô tả
trong các trường hợp sau (hình 2.11):

39


Độ cao

Độ cao

Xem lại mấy hình vẽ này

Nhiệt độ

Nhiệt độ
b) Khí quyển bền trung tính, KQ ổn định

Độ cao

Độ cao

a) Khí quyển không bền, khí bốc lên nhanh

Nhiệt độ

Nhiệt độ
c) Khí quyển ổn định, hạn chế khuếch tán ô nhiễm

d) Nghịch đảo nhiệt, tích tụ chất ô

Nhiệt độ khí thải
Nhiệt độ môi trường

Hình 2.11. Mối quan hệ giữa tốc độ giảm nhiệt của môi trường
với tính ổn định của môi trường
Trường hợp a: Tốc độ giảm nhiệt độ của khí nóng thoát vào môi trường lớn hơn tốc độ giảm
nhiệt độ của môi trương xung quanh. Ví dụ: -2oC /100m, khí nóng sẽ được bốc lên rất nhanh
chóng. Khí quyển lúc đó sẽ là không bền. Điều kiện này rất có lợi cho quá trình khuếch tán khí
theo phương thẳng đứng. Đây là điều kiện siêu đoạn nhiệt.
Trường hợp b: Tốc độ giảm nhiệt độ của vùng khí nóng bằng tốc độ giảm đoạn nhiệt. Khí quyển
lúc này bền trung tính. Vùng khí có nhiệt độ cao hơn khí xung quanh nên nó được bốc lên và
khuếch tán theo phương thẳng đứng.
Trường hợp c: Môi trường là đẳng nhiệt độ (nhiệt độ môi trường không biến đổi theo chiều cao).
Vùng khí nóng sẽ được nâng lên đến khi nhiệt độ của nó cân bằng với nhiệt độ xung quanh. Ở
điều kiện này khí quyển có xu hướng ổn định và quá trình khuếch tán chất ô nhiễm bị hạn chế.
Trường hợp d: Môi trường ở trạng thái nghịch đảo nhiệt (nhiệt độ tăng theo độ cao). Khí thải bốc
lên tới khi nhiệt độ và tỷ trọng của nó cân bằng với môi trường xung quanh. Nếu nhiệt độ khí thải
nhỏ hơn nhiệt độ môi trường xung quanh thì vùng khí sẽ bị hạ thấp xuống. Điều kiện này khí
quyển có tác dụng ngăn chặn, chống lại sự khuếch tán theo phương thẳng đứng.

Một số trạng thái nghịch đảo nhiệt được mô tả ở hình sau:

40


Độ cao

Độ cao

Nhiệt độ

Nhiệt độ

Nghịch đảo nhiệt độ trên

Nghịch đảo nhiệt độ dưới

Hình 2.12. Một số trạng thái nghịch đảo nhiệt độ

Ta nhận thấy trạng thái nghịch đảo nhiệt trên hạn chế khả năng khuếch tán, gây nên sự tích tụ
chất ô nhiễm mức độ cao ở dưới lớp biên nghịch đảo nhiệt. Để khắc phục ảnh hưởng của trạng
thái nghịch đảo nhiệt, ta phải tăng chiều cao ống khói vượt quá lớp biên nghịch đảo nhiệt độ.
Trong một số trường hợp quá trình nghịch đảo nhiệt có thể kết hợp với sự tích tụ sương mù dầy
đặc tạo ra bởi bức xạ làm lạnh của mặt đất và điều kiện không khí ẩm ướt. Sương mù che phủ làm
hạn chế tốc độ làm nóng mặt đất của mặt trời do đó quá trình nghịch đảo nhiệt sẽ kéo dài.
Nghịch đảo nhiệt làm giảm sự khuếch tán chất độc hại và làm tăng nồng độ chất ô nhiễm khí ở
gần mặt đất (Ví dụ như hiện tượng xảy ra ở Manse - Bỉ, Luân đôn-Anh, LosAngeles-Mĩ )
Sự nghịch đảo nhiệt có tính địa phương nên phải chú ý kỹ điều kiện khí hậu nơi đó.
Điều quan trọng là miệng ống khói thải phải cao hơn tầng nghịch đảo nhiệt. (Nếu không sẽ tăng
nồng độ chất ô nhiễm tại vùng không khí này)

Ảnh hưởng của độ ẩm và mưa:
- Độ ẩm có ảnh hưởng tới sự phân bố chất ô nhiễm trong không khí, ví dụ nếu độ ẩm lớn sẽ dân
tới:
+ Bụi lơ lửng sẽ liên kết với nhau thành các hạt to rơi nhanh xuống.
+ Các vi sinh vật phát triển nhanh, bám vào bụi bay đi xa gây truyền nhiễm.
+Tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học của các chất ô nhiễm công nghiệp
+ H2O



(SO2

H2SO3,vv...)

- Mưa làm sạch môi trường không khí, kéo theo bụi, hòa tan một số chất độc hại của không khí,
gây ô nhiễm đất và nước. Mưa làm sạch bụi ở các lá cây, tăng khả năng hút bụi.
b. Ảnh hưởng của địa hình:
Điều kiện địa hình có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình vận chuyển và khuếch tán chất ô nhiễm.
Mức độ vận chuyển ngang của khí ô nhiễm có thể bị ảnh hưởng bởi gió biển, gió đất liền hay ảnh
hưởng của các địa vật tự nhiên và nhân tạo như núi, sông, thung lũng, tòa nhà...
Ví dụ: Các vị trí thấp, trũng của địa hình thường là những vị trí mà chất khí ô nhiễm hướng đến
và tích lũy lại do quá trình vận chuyển ngang ở các vị trí đó bị hạn chế.
41


Các dạng địa hình có tác dụng khác nhau làm thay đổi sự lưu thông của khí quyển và sự khuếch
tán chất ô nhiễm. Một số địa hình tiêu biểu được trích dẫn dưới đây như: núi, thung lũng, sông
hồ, toà nhà...
Thung lũng có khuynh hướng hút gió chảy dọc theo trục của thung lũng làm thay đổi hướng và
vận tốc gió... Hơn nữa, hiện tượng nghịch đảo nhiệt xảy ra lúc cuối đêm và đạt cực đại vào gần

sáng sẽ gây ra một lớp biên nghịch chuyển nhiệt làm khí ô nhiễm tích tụ lại một cách trầm trọng ở
đáy thung lũng. Tuy nhiên, quá trình nghịch đảo nhiệt này là không bền và nó dễ dàng bị phá
hủy bởi sự hấp thụ nhiệt của mặt trời vào sáng sớm.
Ở bờ hồ, bờ biển, dưới cùng một mức độ chiếu sáng, khả năng hấp thụ nhiệt của đất nhanh hơn
nước. Do đó trong những ngày nắng nóng, vùng không khí lạnh trên bề mặt nước sẽ dịch chuyển
vào đất liền gây ra gió bất thường của biển (gío breeze). Đất cũng lạnh đi nhanh hơn nước nên
trong những ngày mây lạnh hoặc ban đêm, không khí lạnh từ đất dịch chuyển ra phía biển gây ra
gió bất thường biển. Quá trình dịch chuyển này chỉ có ảnh hưởng khi điều kiện gió trong khu vực
là yếu. Nếu gió trong khu vực là mạnh, sự dịch chuyển này có thể bỏ qua.
Đồi núi có ảnh hưởng lớn đến hướng và vận tốc gió. Nếu ngọn núi đủ cao sẽ ngăn không cho gió
vượt qua đỉnh núi mà sẽ chảy song song men sường núi làm chệch hướng gió. Mặt khác nếu bề
mặt núi đồi là xù xì gồ ghề, khi dòng khí chảy qua sẽ tạo ra sự khuấy trộn hỗn loạn và đẩy mạnh
quá trình loại bỏ chất ô nhiễm.
Các địa hình khác cũng ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán là các hẻm phố, các toàn nhà cô lập.
Các hẻm phố, ngõ cụt, khi các tòa nhà tương đối cao, có tác dụng như một phễu hút gió làm thay
đổi hướng phát tán từ vị trí này sang vị trí khác. Những tòa nhà cô lập hoặc sự có mặt của những
toà nhà cao tầng trên một vùng tương đối thấp tạo ra sự đổi hướng quá trình khuếch tán hay còn
tạo ra hiện tượng gió quẩn hướng sự phân tán khí ô nhiễm vào các khu vực đông dân cư sinh
sống...
Tóm lại, ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình phát tán là rất quan trọng thể hiện chủ yếu ở
việc làm thay đổi vận tốc, hướng gió, và sự vận chuyển hỗn loạn của khí ô nhiễm.
c. Ảnh hưởng của nhà ở và công trình:
Làm thay đổi trường vận tốc của không khí. Phía trên công trình, vận tốc khí tăng lên, phía sau
công trình vận tốc khí giảm xuống đến một khoảng cách xa nào đố mới đạt lại vận tốc ban đầu,
còn tạo thành hiện tượng gió xoáy làm loãng không khí.
Dòng khí chuyển động cũng như nồng độ chất độc hại trong không khí đối với nhà có chiều
ngang rộng hẹp rất khác nhau.
v

v

1

2
Lq= 2,5 hnhà

1,8 hnhà
hnhà

1,8 hnhà
b  2,5

Lq = 6 hnhà + b

Nhà có chiều ngang hẹp

hnhà
b  2,5
Nhà có chiều ngang rộng

42


3

hnh

I
Lq= 2,5h
b  2,5hnhà

3

5

5
hnh

II

I
b  2,5 hnhà

hnhà  x1 10 hnhà

Nhóm nhà, nhà đầu đón gió là nhà có chiều ngang hẹp

II
hnhà  x1 8 hnhà

Nhóm nhà, nhà đầu đón gió là nhà có chiều ngang rộng

1- Vùng có áp lực dương

3- Phía đón gió

2- Vùng gió quẩn

4- Phía sau gió

5- Giữa các nhà

Hình 2.13. ảnh hưởng của nàh ở và công trình tới sự phát tán ô nhiễm khí

Với nhà có chiều ngang hẹp thì vùng gió quẩn (bóng khí động) trên mái nhà và sau nhà liên lại
thành một vùng quẩn với chiều rộng bằng 6H và chiều cao 1,8H.
Với nhà có chiều ngang rộng thì có 2 vùng (trên mái = 2,5H và chiều cao xấp xỉ 1H)
Với nhóm nhà sẽ có gió quan = 8H.
Nếu cách nhau 10H coi như nhà độc lập.
Chiều cao giới hạn của nguồn ô nhiễm có ảnh hưởng tới vùng gió quẩn được xác định theo công
thức:
- Với nhà có chiều ngang hẹp:
Hgh = 0,36 b ng + 2,5 H
- Với nhà có chiều ngang rộng:
Hgh = 0,36 b ng + 1,7 H
- Với nhóm nhà:
Hgh = 0,36 (b ng + x1) + H
Với bng - khoảng cách từ mép tường sau của nhà tới nguồn ô nhiễm (ống khói)
x1- khoảng cách giữa hai nhà
(x  10 Hnhà

x= 8 Hnhà)

43


II.2.2. Phân loại nguồn gây ô nhiễm
a. Phân loại theo nguồn gốc sinh ra:
- Nguồn tự nhiên:
+ Hoạt động của núi lửa: Bụi, SO2, H2S, CH4...

+ Cháy rừng: Buỵi, SO2, NOx, hydrrocacbon...
+ Bão cát: bụi
+ Từ đại dương: NaCl, MgCl2, CaCl2...
+ Do thực vật: bào tử, phấn hoá, nấm...
+ Các chất phóng xạ trong tự nhiên...
- Nguồn nhân tạo:
+ Công nghiệp: Nhiệt điện, xi măng, hoá chất, luyện kim, khai thác mỏ...
+ Giao thông vận tải...
+các thiết bị sản sinh năng lượng từ các loại nhiên liệu khác nhau
b. Phân loại theo nguồn phát thải:
- Nguồn điểm: Ví dụ như ống khói, ống xả...: chất ô nhiễm phát thỉa vào khí quyển từ một điểm
là miệng ống khói, ống xả.
+ Nguồn điểm cao: ống khói có độ cao  2,5 lần chiều cao của các chướng ngại vật hoặc công
trình lân cận.
+ Nguồn điểm thấp: Ngược lại trường hợp trên.
- Nguồn đường: Cửa mái thoát gió nhà công gnhiệp, ôtô nối đuôi nhau chạy trên đường...: chất ô
nhiễm phát thải vào khí quyển thành một vệt.
- Nguồn mặt: Ví dụ bãi chứa vật liệu phát thải bụi, hơi khí độc: chất ô nhiễm phát thải vào khí
quyển từ một bề mặt có diện tích rộng.
c. Phân loại theo nhiệt:
- Nguồn nóng: các lò nung, sấy, khí thải có nhiệt độ cao.
- Nguồn nguội: Các ống thải khí từ các phản ứng hoá học có nhiệt độ tháp.
II.2.3. Phương trình cơ bản tính nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí
Việc sử dụng mô hình toán để giải bài toán khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí được
phát triển mạnh mẽ từ năm 1968 lại đây- Hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán
ô nhiễm môi trường không khí nhưng có thể tập hợp thành 3 hướng sau:
Mô hình thống kê kinh nghiệm do Sutton dựa theo lý thuyết của Taylo cho rằng sự phân bố nồng
độ chất ô nhiễm tuân theo luật phân phối chuẩn Gauss..... được các nhà khoa học môi trường các
nước Mỹ, Anh, Pháp... ứng dụng và hoàn thiện theo điều kiện mỗi nước.

44


Mô hình thống kê thủy động (còn gọi là mô hình K) được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở
Liên xô cũ.
Mô hình số trị là giải phương trình bằng phương pháp số trị, ít áp dụng vì khó tổng quát hóa.
Chú ý rằng các mô hình thường chỉ có thể áp dụng với nguồn cao, còn với nguồn thấp thường áp
dụng công thức kinh nghiệm.
Sau đây là phương trình vi phân cơ bản tính nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí:
Trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm trong không khí phân bố theo
thời gian và trong không gian được xác định theo phương trình vi phân cơ bản.
c
  c 
c
c
c
  c 
  c 
 y  +
+u
+v
+w
=
x  +
z  + 1C - 2C
t
y
x
z
x  x  y  y  z  z 

( IV - 1)
C- nồng độ chất ô nhiễm trong không khí.
x,y,z - tọa độ theo các phương
t- thời gian
x, y, z- các thành phần của hệ số khuếch tán chất ô nhiễm theo các phương
1- hệ số kể đến sự thâm nhập thêm lượng ô nhiễm trên đường khuếch tán
2 - hệ số kể đến sự biến hóa từ chất ô nhiễm này sang chất ô nhiễm khác do các phản ứng hóa
học.
u,v,w- vận tốc gió trung bình theo các phương
Điều kiện biên của phương trình (IV - 1) là
C

t 0

=0

C (x2 + y2 + z2 )

 0

=0

Với giả thiết chất khí phát tán là bền hóa học, không có phản ứng hóa học xảy ra, không có sự
thâm nhập thêm lượng ô nhiễm trên đường khuếch tán. Tiến hành giải phương trình ta được
công thức tính toán theo 1,2,3 hướng sau:
C=

  1   x2  
exp

    
1
1
 4t  K x  
2
2t  2 K x

C=

  1  x2
y2 


exp





1
1
1
 4 t   K x2 K y2  



2t  2 K x2 K y2

C=

  1   x2
y2
z2  


exp



   2
1
1
1
2
2 
1


4
t
K
K
K

 

x
y
z


8t  2 K x2 K y2 K z2

X

(IV - 2) đối với hướng x

X

X

(IV - 3) đối với 2 hướng x,y

(IV - 4) đối với 3 hướng x,y,z

Trong đó:
X: Lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị chiều dài g/m
45


t: Thời gian phát tán
Kx, Ky, Kz: Hệ số khuéch tán theo các phương x, y, z.
x,y,z: Tọa độ điểm đang xét (m)
Đây là các phương trình đầu tiên xác định nồng độ chất ô nhiễm phát tán trong không gian. Để có
thể sử dụng phương trình này để tính toán cần đưa ra nhiều giả thuyết nhằm đơn giản hóa
phương trình và xác định các thông số trong phương trình cũng dễ thực hiện hơn.
II.2.4. Mô hình Gauss với nguồn điểm
Mô hình Gauss (phương pháp Sunton - Pasquylle).
Đây là mô hình phát tán chất ô nhiễm không khí đã được thừa nhận và phát triển từ rất lâu. Mô hình
Gauss coi nguồn phát tán chất ô nhiễm như một nguồn điểm và việc tính toán đưa về tính toán cho một
nguồn điểm và là nguồn cao.

Hệ tọa độ ba chiều được đưa vào sử dụng được thiết lập như sau:
+ Gốc tọa độ là vị trí nguồn thải (x= y = z = 0) tức là chân ống khói
+ Hướng vệt khói là hướng gió theo trục X
+ Trục Y nằm ở mặt phẳng ngang, vuông góc với trục X, trục Z là trục thẳng đứng.
+ Dòng khí thoát ra từ ống khói được nâng lên và sau đó di chuyển xuôi theo chiều gió và trải
rộng cả theo hướng Y và Z
+ Khí thải ra khỏi ống khói có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ khí xung quanh và có vận tốc phát xạ
theo phương thẳng đứng do đó được nâng lên một độ cao H so với miệng ống khói
+ Quá trình tính toán có thể giả thiết quá trình phát tán là từ một nguồn điểm có tọa độ (00H),
trong đó H được gọi là chiều cao hiệu dụng của ống khói.
H=h + H

h: chiều cao xây dựng
H: chiều cao tự nâng của ống khói

(x, 0, 0)
h
H

x, -y, z

h
x, y, z=0

x, -y, 0

46