Tài liệu Tài liệu giảng dạy: Kỹ thuật môi trường đại cương (Chương 2) doc

Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
***

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2006

MỤC LỤC
Chương 2. Kiểm soát ô nhiễm không khí .....................................................................1
Tài liệu tham khảo .........................................................................................................54
MỤC LỤC.........................................................................................................................1
CÁC BẢNG ......................................................................................................................2
Các hình ............................................................................................................................2
1

2

2

CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ.............................................................3

2.1
2.2
2.2.1

2.2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.4
2.4.1
2.4.2

Chiến lược và kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí – hiệu quả dài hạn ........................................ 3
giảm thiểu chất thải .................................................................................................................................. 5
Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn .............................................................................................................. 5
Quá trình cháy và vấn đề môi trường ................................................................................................... 7
Phát tán ô nhiễm trong không khí ........................................................................................................ 13
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí ............................... 13
Phân loại nguồn ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất...................................................................... 15
Các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí ................................................................................. 17
Các phương pháp xử lí khí thải .............................................................................................................. 27
Các phương pháp xử lý bụi ................................................................................................................. 30
Các thiết bị xử lý khí, hơi.................................................................................................................... 48

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

1


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

CÁC BẢNG
Bảng 1.

Bảng 2.
Bảng 3.

Phân cấp ổn định của khí quyển theo Turner............................................................................. 25
Các hệ số a, c, d, f của công thức Martin ................................................................................... 25
Bảng tính hệ số phát tán theo công thức Martin ........................................................................ 26

CÁC HÌNH
Hình 1.
Hình 2.
Hình 3.
Hình 4.
Hình 5.
Hình 6.
Hình 7.
Hình 8.
Hình 9.
Hình 10.
Hình 11.
Hình 12.
Hình 13.
Hình 14.
Hình 15.
Hình 16.
Hình 17.
Hình 18.
Hình 19.
Hình 20.
Hình 21.
Hình 22.

Hình 23.
Hình 24.
Hình 25.
Hình 26.
Hình 27.
Hình 28.
Hình 29.
Hình 30.
Hình 31.

Ghi nghiêng................................................................................................................................. 11
Lò đốt tầng sôi ............................................................................................................................ 11
Hệ thống đốt thùng quay ............................................................................................................ 12
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán ô nhiễm trong không khí .............................................. 14
Phân loại phương pháp và thiết bị xử lí khí thải......................................................................... 28
Buồng lắng bụi............................................................................................................................ 30
Buồng lắng bụi quán tính............................................................................................................ 31
Thiết bị lắng bụi quán tính.......................................................................................................... 31
Thiết bị lá xách ........................................................................................................................... 31
Kết cấu của xyclon đơn .............................................................................................................. 32
Dòng vật chất trong xyclon......................................................................................................... 32
Xyclon có cánh hướng dòng ....................................................................................................... 33
Các dạng xiclon cơ bản (theo dòng khí) ..................................................................................... 33
Nhóm xyclon............................................................................................................................... 34
Xiclon tổ hợp............................................................................................................................... 34
Thiết bị thu bụi kiểu gió xoáy .................................................................................................... 35
Máy hút bụi ................................................................................................................................. 36
Thiết bị lọc tay áo ....................................................................................................................... 37
Các cách phân bố dòng khí qua lớp vải lọc................................................................................ 38
Thiết bị lọc bụi với lớp hạt vật liệu rời chuyển động................................................................. 39

Tháp rửa khí trần ........................................................................................................................ 40
Thiết bị rửa khí đệm ................................................................................................................... 41
Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động ................................................................................. 42
Thiết bị rửa khí sủi bọt................................................................................................................ 43
Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính.......................................................................................... 44
Tháp rửa khí ventury................................................................................................................... 45
Thiết bị thu bụi ướt ..................................................................................................................... 45
Thiết bị lọc bụi tónh điện dạng ống ............................................................................................ 46
Các dạng điện cực ...................................................................................................................... 47
Thiết bị hấp thụ dạng đệm.......................................................................................................... 49
Sơ đồ thiết bị xử lí khí thải công nghiệp bằng nhiệt .................................................................. 53

1

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

2


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

2

CHƯƠNG 2. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.1

CHIẾN LƯC VÀ KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ – HIỆU
QUẢ DÀI HẠN

Trong gần 20 – 30 năm nay, hoạt động của con người thải nhiều chất ô nhiễm nghiêm

trọng, dẫn tới việc làm thủng tầng ozon, tăng hiệu ứng nhà kính, tăng thiên tai lũ lụt, các
bệnh về đường hô hấp cũng tăng lên một cách nghiêm trọng. Trước tình hình đó “Nghị
trình thế kỷ 21“ (do Hội nghị môi trường và phát triển của Liên Hiệp Quốc họp tại Rio de
Janairo Braxin ngày 3 – 14 tháng 6 năm 1992 thông qua) đã kêu gọi cần quan tâm hơn
đến những chất có thể làm thay đổi khí hậu, làm ô nhiễm không khí và phá vỡ tầng ozon.
Đồng thời, đặt ra một loạt các bước hành động để bảo vệ tầng không khí như:
•

Sử dụng nguồn năng lượng ít ô nhiễm và có hiệu quả hơn để sản xuất, vận chuyển,
phân phối và sử dụng, giảm bớt các ngành năng lượng ảnh hưởng có hại đến khí
quyển; thúc đẩy việc mở mang, nghiên cứu và chuyển nhượng, sử dụng những kỹ thuật
cao có liên quan và phương pháp thực dụng, chuyển sang sử dụng một hệ thống nguồn
năng lượng vô hại mới.

•

Thông qua việc nâng cao tài nguyên công nghiệp và hiệu suất sử dụng tổng hợp vật
liệu, áp dụng kỹ thuật phòng chống ô nhiễm, dùng chất thay thế chất tiêu hao tầng
ozon, mở mang kỹ thuật và công nghệ sản xuất sạch, giảm bớt các chất phế thải, tăng
cường việc giám sát các chất ô nhiễm vượt qua biên giới tầng khí quyển, hạn chế
công nghiệp ô nhiễm và ảnh hưởng có hại của nó đối với khí quyển .

•

Xúc tiến việc sử dụng tài nguyên lục địa và đại dương đồng thời sử dụng hợp là đất
đai, giảm bớt sự ô nhiễm không khí hay hạn chế con người thải ra các khí thải nhà
kính, bảo vệ tính đa dạng của sinh vật, để tăng cường năng lực của hệ thống sinh thái
chống lại sự biến đổi của khí hậu và ô nhiễm tầng khí quyển.

Nhìn chung, chúng ta cần có các biện pháp tổng hợp, thực hiện đồng thời nhiều biện

pháp từ giáo dục quảng đại nhân dân, thực hiện luật, nghị định và các quy chế bảo vệ
môi trường, quản lý xã hội, đến việc đầu tư kinh phí và áp dụng các biện pháp kỹ thuật
thích đáng mới có thể phòng ngừa được ô nhiễm và bảo vệ môi trường.
•

Quản lý nhà nước, pháp luật
Nhà nước ta ban hành Luật bảo vệ môi trường và nhiều văn bản dưới luật về bảo
vệ môi trường. Ở nước ta đã thành lập các cơ quan chuyên trách về quản lý môi
trường, các tổ chức thanh tra và kiểm soát bảo vệ môi trường, đang hình thành
mạng lưới quan trắc môi trường và báo động kịp thời về tình trạng ô nhiễm quá
giới hạn cho phép cho các cơ quan quản lý và cho nhân dân biết. Đó là cơ sở pháp
lý và tổ chức nền tảng rất quan trọng để bảo vệ môi trường.
Mối quan tâm của nhà sản xuất là lợi ích kinh tế đến mức họ có thể quên đi những
tác hại đối với môi trường, với sức khẻ con người. Vì vậy cần phải tiến hành việc
kiểm soát, đăng ký các nguồn gây ô nhiễm môi trường (chất thải, hìnht hức thải,
biện pháp phòng tránh, ứng cứu sự cố) và áp dụng các biện pháp xử lý đối với các
đơn vị vi phạm, khuyến khích đầu tư và áp dụng các công nghệ sản xuất sạch hơn.
Đăng ký nguồn chất thải sẽ giúp các cơ quan quản lý có thể kiểm soát chặt chẽ

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

3


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

những chất thải, đồng thời thúc đẩy các cơ sở sản xuất tự áp dụng mọi biện pháp
xử lý ô nhiễm môi trường, tự kiểm soát môi trường, hạn chế gây ô nhiễm.
Kiểm soát chặt chẽ các phương tiện giao thông về số lượng, chất lượng phương tiện
vận chuyển, quy hoạch đường giao thông cũng sẽ hạn chế nạn ô nhiễm môi trường

không khí.
Quy hoạch đô thị và các khu công nghiệp.
Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường, thiết lập bản đồ phân bố chất ô
nhiễm từng địa phương, khu vực làm căn cứ để quản lý môi trường. Trên thực
tế, phát triển đô thị và sản xuất luôn luôn thay đổi nên cần điều chỉnh và bổ
sung định kỳ các sốù liệu điều tra cơ bản và hiệu chỉnh các bản đồ ô nhiễm theo
thực tế.
Bố trí mặt bằng đô thị và khu công nghiệp dựa trên cơ sở hiện trạng môi trường
và dự báo tác động môi trường của dự án. Phải có vùng cách li vệ sinh công
nghiệp (vùng đệm) giữa các khu dân cư và khu công nghiệp, đảm bảo môi
trường không khí xung quanh khu dân cư không bị ô nhiễm
Trồng cây xanh để giảm bức xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí, tăng độ ẩm và
làm trong sạch môi trường không khí.
•

Áp dụng các kỹ thuật bảo vệ môi trường

Có ba phương pháp bảo vệ môi trường khí quyển cần được thực hiện đồng thời làø
giảm thiểu chất thải nhờ hoàn thiện công nghệ, máy móc thiết bị và tận dụng chất thải; xử
lý khí thải; phát tán chất thải vàokhí quyển qua ống khói cao.
Giảm thiểu khí thải
Để giảm ô nhiễm không khí do chất thải công nghiệp ta cần hoàn thiện các quá trình
công nghệ, bảo đảm độ kín tuyệt đối cho các thiết bị, ứng dụng phương pháp vận chuyển
vật liệu trong ống dẫn khí bằng khí nén và xây dựng các hệ thống xử liù.
Phương hướng hiệu quả nhất để giảm chất thải là sáng lập các quá trình công nghệ
không thải, trong đó ứng dụng các dòng khí khép kín.
Xử lý chất thải
Cho đến nay, phương tiện cơ bản để giải quyết chất thải ô nhiễm vẫn là nghiên cứu
và ứng dụng các hệ thống hiệu quả làm sạch khí. Kết quả của việc xử lí là phải thu được
khí đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường và chất độc hại phải được xử lí triệt để. Do đó xử

lí khí thải được hiểu là một quá trình sản xuất mà nguyên liệu là khí bị ô nhiễm, còn sản
phẩm phải là khí sạch và chất ô nhiễm được thu ở dạng thành phẩm có thể ứng dụng trực
tiếp hoặc làm nguyên liệu cho một quá trình công nghệ khác hoặc được chuyển sang dạng
không độc. Chất ô nhiễm đã tách khỏi dòng khí đi chuyển thành dạng khác (lỏng hay rắn)
dễ kiểm soát hơn, tránh lan truyền trong môi trường.
Phát tán ô nhiễm
Chất ô nhiễm đã được giảm lượng phát thải và xử lý đạt đến mức độ cho phép thải.
Sau đó, khí thải cần được phát tán tốt để bảo đảm chất lượng không khí ở sát mặt đất
không bị ô nhiễm. Trong phương pháp này, lượng chất ô nhiễm phát thải không giảm mà
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Haûi

4


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

chỉ là được pha loãng trong không khí nhằm tránh gây tác hại cho con người và môi trường
xung quanh.
2.2

GIẢM THIỂU CHẤT THẢI

2.2.1 Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn
Giảm thiểu chất thải là giảm chất ô nhiễm cần phải xử lý đi vào dòng chất thải, nhằm
làm giảm bớt chi phí xử lý, giảm mối nguy hiểm không chỉ về số lượng mà còn cả đặc tính
ô nhiễm của chúng đối với sức khoẻ cộng đồng và môi trường.
Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn tự nhiên (núi lửa phun, cháy rừng, gió
bão…) giảm thiểu ô nhiễm không thể thực hiện được hay hiệu quả rất thấp, mà con người
chỉ đối phó với sự ô nhiễm bằng cách che chắn hoặc tránh xa khu vực chịu ảnh hưởng của
khí ô nhiễm.

Đối với ô nhiễm không khí gây ra do các nguồn nhân tạo, con người có khả năng
giảm thiểu sự phát thải ô nhiễm. Các giải pháp như sau.
2.2.1.1 Giải thiểu ô nhiễm do giao thông vận tải
Đối với nguồn ô nhiễm không khí do giao thông việc xử lý có khó khăn. Do đó, giảm
thiểu chất ô nhiễm là một phương án hiệu quả. Các biện pháp thực hiện là.
•

Nâng cao chất lượng đường giao thông sẽ giảm được bụi bốc lên khi có xe lưu thông,
giảm sự bào mòn lốp xe trên mặt đường và sinh bụi. Giảm số lần dừngxe và tăng tốc
độ xe sẽ giảm lượng phát thải khí ô nhiễm.

•

Áp dụng phương pháp vệ sinh đường phố đúng, bụi được thu gom.

•

Thay nhiên liệu. Sử dụng xăng không chì cho các xe gắn máy hai bánh. Thay dầu
diesel bằng hỗn hợp 40% metan (CH4) và khí hóa lỏng (LG). Hiện nay, người ta đang
chú ý đến các nhiên liệu mới là metanol, etanol, khì tự nhiên, propan và hydro.

•

Nâng cao chất lượng động cơ. Sử dụng xe có tiếng ồn dưới 70 dB, dùng động cơ 4 thì
thay cho động cơ 2 thì. Sử dụng kiểu động cơ nạp điện nhiều tầng thực hiện quá trình
đốt nhiều bậc.

•

Kiểm soát hệ thống thải của xe. Các xe lưu thông phải có bộ phận xử lý khí thải nhằm

giảm lượng bụi và khí ô nhiễm thoát ra ngoài. Cải tiến bộ phận này cũng mang lại
hiệu quả giảm lượng chất ô nhiễm đáng kể. Bộ phận xử lý khí thải thực hiện nguyên
lý phản ứng quay vòng khí thải và trao đổi xúc tác để tiếp tục oxy hoá monoxit cacbon
(CO), hydrocacbon và oxit nitơ (NOx).

•

Quy hoạch mạng lưới giao thông công cộng thuận lợi, giảm lượng xe hai bánh cá nhân.
Sử dụng phương tiện giao thông công cộng nhằm giảm tổng lượng phát thải ô nhiễm
do giảm tổng quãng đường di chuyển.

•

Quy hoạch đường giao thông: trồng cây xanh hai bên đường hoặc các tường chắn bụi,
chắn âm.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

5


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

2.2.1.2 Giảm thiểu ô nhiễm do sản xuất công nghiệp
sau:
•

Đối với s ản xuất công nghiệp có thể thực hiện các hướng giảm thiểu ô nhiễm như

Quy hoạch khu công nghiệp.

Tính toán dự báo tác động của công trình đối với môi trường đảm bảo khi đưa nhà
máy vào hoạt động thì nồng độ chất thải của nó cộng với nồng độ ô nhiễm nền của
khu vực không được vượt tiêu chuẩn cho phép. Bố trí nhà máy ở cuối hướng gió
chính. Cách li khu công nghiệp với khu dân cư bằng vành đai xanh. Kích thước
vùng cách li công nghiệp xác định bằng khoảng cách từ nguồn thải đến khu dân cư
và được xác định đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm tại khu dân cư không vượt tiêu
chuẩn cho phép.
Bố trí các công trình trong mặt bằng chung của khu công nghiệp yêu cầu đảm bảo
thông thoáng các công trình, hạn chế hay loại trừ sự lan truyền chất ô nhiễm từ
công trình này sang công trình khác,không gây ô nhiễm cho bản thân nhà máy.

•

Trồng cây xanh.
Cây xanh giảm bức xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí vì tạo bề mặt trao đổi nhiệt
lớn, cản gió, nâng cao chất lượng môi trường do tác dụng tăng độ ẩm, tăng lượng
oxy trong không khí đồng thời giảm nồng độ bụi và hấp thụ các chất độc trong
kh6ng khí và dưới đất. Ngoài ra, cây xanh còn hấp thu tiếng ồn, ngăn cản sự lan
truyền ồn ra xung quanh.
Tổ chức hệ thống cây xanh trong thành phố gồm các hệ thống vành đai cây xanh –
mặt nước xung quanh thành phố có chức năng điều hoà khí hậu, cung cấp không
khí sạch, chắn gió, tăng giá trị thắng cảnh; vành đai cây xanh cách vệ sinh đối với
khu công nghiệp và đường giao thông; hệ thống công viên; cây trong hàng rào
công trình.

•

Giảm thiểu lượng nhiên liệu hiện dùng:
Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu bằng các biện pháp cải tiến công nghệ, đảm bảo
vận hành đúng quy trình kỹ thuật.

Giảm tiêu hao năng lượng bằng các biện pháp tăng cường cách nhiệt, nâng cao
hiệu suất chiếu sáng dân dụng và đường phố, nâng cao hiệu suất các động cơ.
Sử dụng nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ
điện, địa nhiệt, năng lượng nguyên tử… để giảm sử nhiệt nhiên liệu than dầu cấp
cho nhiệt điện.

•

Giảm thiểu chất thải công nghiệp:
Dùng nhiên liệu có lượng lưu huỳnh thấp hay giảm bớt hàm lượng lưu huỳnh trước
khi đốt.
Cải tiến quá trình đốt để giảm chất thải. Trong đó, chú ý đến các chất ô nhiễm là
bụi, SOx, NOx, CO. Các biện pháp như đã nêu ở phần trên.

•

Áp dụng các phương pháp xử lý trước khi thải.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

6


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

2.2.2 Quá trình cháy và vấn đề môi trường
Các chất ô nhiễm không khí sinh ra chủ yếu do quá trình đốt các loại nhiên liệu tạo
năng lượng phục vụ cho sản xuất cũng xử lý các loại chất thải hữu cơ (khí, lỏng, rắn) bằng
phương pháp đốt. Các thành phần ô nhiễm chủ yếu trong quá trình đốt là bụi, COx, NOx,
SOx, VOC…

2.2.2.1 Nguyên lý cháy
Quá trình cháy cuả nhiên liệu là quá trình oxy hoá nhanh ở nhiệt độ cao. Chất cháy
trong nhiên liệu chủ yếu là cacbon (C), hydro (H) và một số chất khác tham gia phản ứng
cháy như nitơ (N), lưu huỳnh (S)… Chất oxy hoá trong phản ứng là oxy (O2) được cấp vào
vùng cháy từ không khí.
Quá trình cháy trong lò đốt phải đảm bảo các yếu tố sau.
-

Chất cháy và chất oxy hoá phải tiếp xúc tốt với nhau.

-

Tỷ lệ chất oxy hoá và chất đốt phải phù hợp (≥1 so với lượng cần thiết, tính theo
phương trình lượng hóa học).

-

Nhiệt độ đủ cao để cháy hết các thành phần nhiên liệu và không sinh ra các chất ô
nhiễm độc hại đặc biệt.

-

Thể tích buồng đốt phải đủ lớn, đảm bảo thời gian lưu của nhiên liệu trong lò để
cháy hoàn toàn.
Đốt chất khí

•

Chất cháy và chất oxy hoá đều ở thể khí, nên quá trình này là cháy đồng thể (cháy
trong thể tích). Nhiên liệu cháy ngay khi hoà trộn khí đốt với không khí. Chất lượng khí

cháy được quyết định do tỷ lệ hoà trộn hợp lý giữa khí đốt và oxy không khí và điều kiện
hoà trộn chúng. Lượng không khí vào không đủ, thiếu oxy khí cháy không hoàn toàn,
nhiệt độ buồng đốt giảm.
Đốt chất lỏng

•

Nhiên liệu ở dạng lỏng, nên để đốt chúng cần phân tán chúng thành dạng giọt lỏng
hoặc phun sương (phun bụi). Tác nhân biến bụi là không khí nén, hơi nước áp suất cao hay
không khí từ quạt litâm cao áp. Chất biến bụi có áp cao phá vỡ độ bền vững của dòng chất
lỏng làm cho chúng bị chia nhỏ thành bụi.
Sau khi dòng lỏng đã biến bụi, để tạo sự cháy thành ngọn lửa cần qua các giai đoạn:
-

Sấy nóng hỗn hợp và chất lỏng bốc hơi.

-

Phân hủy các hợp chất hydrocacbon. Quá trình này tạo các hạt muội than.

•

Hoà trộn giữa bụi nhiên liệu và oxy của không khí.

Phản ứng cháy diễn ra.
Đốt chất rắn

Khi đốt nhiên liệu rắn, quá trình cháy dị thể xảy ra giữa một chất rắn và chất khí (oxy
không khí), đồng thời có quá trình cháy đồng thể giữa hai chất khí là chấùt bốc hơi và oxy
không khí.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

7


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Quá trình cháy của nhiên liệu rắn trong buồng đốt gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên khi
than được nung đến một nhiệt độ nhất định (đối với than là khoảng 200oC), chất bốc được
thoát ra khỏi than như khí hydro (H2), monoxit cacbon (CO), metan (CH4), hydrocacbon
(CnHm) hoà trộn với oxy và cháy đầu tiên. Khi kết thúc quá trình cháy của chất bốc thì
cacbon bắt đầu tiếp xúc với oxy và cháy. Quá trình cháy của cacbon sinh ra các khí ô
nhiễm là CO và CO2 do các phản ứng sau.
C + O2 = CO2.
2C + O2 = 2CO.
C + CO2 = 2CO.
C + H2O = CO2 + 2H2.
CO + O2 = 2CO2.
Một số giả thuyết cho là CO và CO2 đã xuất hiện đồng thời theo phản ứng sau:
C + 3O2 = 2CO2 + 2CO.
Sự cháy của cacbon lâu hơn và quyết định thời gian cháy của nhiên liệu. Tốc độ cháy
nhiên liệu rắn phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán oxy và tốc độ tách cacbon. Như vậy, trong
buồng đốt để oxy (từ gió) tiếp xúc với cacbon, cần tạo cho gió khối lượng và áp suất nhất
định. Nhiên liệu có thành phần chất bốc cao thì chất bốc cháy hết để lại nhiều lỗ xốp làm
tăng bề mặt tiếp xúc của cacbon với oxy nên có thể giảm áp suất gió.
2.2.2.2 Giảm thiểu ô nhiễm từ quá trình đốt
•

Giảm thiểu hàm lượng bụi trong khói thải

Khi nhiên liệu được nung nóng đến 500-600oC, hydrocacbon phức tạp bị phân hủy
thành hợp chất đơn giản. Khi nhiệt độ cao hơn 600oC thì hydrocacbon lại tạo thành
hydrocacbon nặng, cao phân tử, hay bồ hóng. Thời gian lưu của hỗn hợp khí bụi trong
vùng đốt phải đủ thì chúng mới kịp cháy hoàn toàn.
•

Giảm thiểu lượng CO trong khói thải

Lượng oxy cung cấp cho quá trình cháy không đủ sẽ làm tăng thành phần khí CO
trong khói thải. Nhiệt độ vùng cháy giảm hay áp suất buồng đốt giảm làm tăng lượng khí
CO sinh ra. CO là hợp chất rất bền, sự oxi hóa CO thành CO2 trong điều kiện tự nhiên xảy
ra sau 4 – 5 năm. Ở nhiệt độ cao hơn 700oC CO mới bị oxi hóa bằng oxi trong không khí
thành CO2.
•

Giảm thiểu lượng NOx trong khói thải

NOx hình thành trong khói thải chủ yếu do oxi hoá nitơ trong nhiên liệu (nitơ nhiên
liệu), và một phần do oxi hoá nitơ từ không khí cháy (nitơ nhiệt, ở nhiệt độ cao > 1100
o
C). Để tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng NOx cần giảm lượng không khí cháy, hạ nhiệt
độ trong buồng đốt bằng các biện pháp: đốt hai bậc, tăng cường xáo trộn, tuần hoàn khí
cháy.
Đốt nhiêu liệu hai bậc. Ở bậc thứ nhất, nhiên liệu được đốt với lượng không khí
nhỏ hơn lý thuyết. Nhiên liệu cháy trong môi trường thiếu không khí, nitơ trong
nhiên liệu được giải phóng ra dưới dạng khí nitơ (N2). Sau đó, các cấu tử chưa cháy
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

8

Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

hết được đốt ở bậc thứ hai với lượng không khí dư. Lượng NOx sinh ra giảm 5540%. Các kiểu đốt hai bậc có thể thực hiện như sau.
Một phần không khí được cho vào cùng với nhiên liệu (thiếu không khí), phần
còn lại cho vào vùng đốt bổ sung (dư không khí).
Một phần mỏ đốt làm việc với lượng không khí thiếu, còn phần khác chỉ cho
không khí để đốt tiếp tục các cấu tử chưa kịp cháy ở phần trước.
Kết cấu mỏ đốt.
Mỏ đốt có kết cấu cho phép tuần hoàn khí cháy. Sự tuần hoàn có thể thực hiện do tự
nhiên nhờ dòng khí cháy chuyển động với vận tốc cao tạo áp suất âm nên dòng khí được
tuần hoàn một phần. Do tuần hoàn, nhiên liệu được khí hoá nhanh và giảm nhiệt độ cháy.
Lượng không khí không đủ và nhiệt độ thấp nên lượng NOx hình thành giảm. Tuần hoàn
do cưỡng bức thực hiện được nhờ quạt thổi không khí và khí cháy vào mỏ đốt. Hiệu quả
giảm NOx đến 30-35%.
Mỏ đốt tăng cường xáo trộn nhiên liệu và không khí. Không khí vào mỏ đốt theo hai
dòng. Nhiên liệu được trộn trước với dòng không khí thứ nhất trong mỏ đốt và cháy ở
buồng đốt. Quá trình cháy ở nhiệt độ cao die64 ra nhanh, nên NOx chưa kịp tạo thành với
khối lượng lớn. Phần chưa cháy sẽ được đốt tiếp với dòng không khí thứ hai có xáo trộn
trước. Trong lò, hỗn hợp khí nóng và không khí trộn chậm, ngọn lửa kéo dài và nguội,
lượng NOx giảm.
•

Giảm thiểu SOx trong khí thải

Để giảm lượng SOx trong khí thải có thể thực hiện các biện pháp kiểm soát trước khi
đốt và các phương pháp đốt xử lý lưu hùynh oxit ngay trong lò.
Thay thế nhiên liệu là than bằng dầu sẽ giảm được lượng phát thải SOx do hàm lượng
lưu huỳnh trong than (2 - 7% khối lượng) lớn hơn trong dầu (≤ 3% khối lượng). Ngoài ra,
đồng thời nhiệt trị của dầu (khoảng 10.000 kCal/kg) cao hơn của than (khoảng 7.000

kCal/kg) nên lượng dầu sử dụng sẽ thấp hơn.
Kỹ thuật đốt than bằng giàn ghi hoá lỏng có giá trị làm sạch khí thải lớn và tăng hiệu
quả đốt than. Than được nghiền nhỏ trộn với bột đá vơi thành huyền phù và được phun
vào đáy lò đốt ờ giàn ghi cùng với không khí. Lưu huỳnh oxit tạo thành trong quá trình đốt
sẽ phản ứng với vôi để tạo thành canxi sunfat rắn và rơi xuống đáy lò nung. Tỉ lệ tách lưu
huỳnh bằng phương pháp này có thể đạt cao hơn 90%.
2.2.2.3 Các dạng lò đốt
•

Lò đốt chất khí
Bộ phận tổ chức hoà trộn khí đốt và không khí là mỏ đốt (thiết bị đốt).

Phân loại theo đặc điểm hoà trộn khí đốt và không khí trong thiết bị đốt ta có hai loại
mỏ đốt.
Mỏ đốt trộn trước (mỏ đốt tự hút). Khí đốt và không khí trộn ngay trong thiết bị
đốt. Khi hỗn hợp ra khỏi mỏ đốt vào buồng lò là cháy ngay. Hệ số tiêu hao không
khí nhỏ (khoảng 1,05). Nhiệt độ cháy của khí cao.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Haûi

9


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Mỏ đốt không trộn trước khí đốt và không khí (mỏ đốt lồng ống). Quá trình hoà
trộn chủ yếu thực hiện trong buồng lò. Thời gian cháy hoàn toàn nhiên liệu lâu
hơn, ngọn lửa dài. Hệ số tiêu hoà không khí là 1,1 –1,2. Nhiệt độ cháy thấp hơn
nên thường dùng với khí đốt có nhiệt trị cao (khi dùng cho lò đốt có sử dụng nhiệt
cho mục đích sản xuất).

•

Lò đốt chất lỏng

Mỏ phun thực hiện chức năng biến bụi nhiên liệu lỏng để đưa hỗn hợp chất biến bụi
và nhiên liệu vào buồng lò. Yêu cầu đối với mỏ phun:
Biến dòng nhiên liệu thành bụi nhỏ và hoà trộn với không khí
Đảm bảo nhiên liệu cháy cho ngọn lửa bền và có kích thước xác định.
Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, bền và vận hành thuận tiện.
Các loại mỏ phun sử dụng trong lò đốt chất lỏng gồm:
Mỏ phun thấp áp. Chất biến bụi là không khí cấp từ quạt li tâm cao áp. Tất cả khôn
gkhi1 cần để cháy nhiên liệu đều cấp qua mỏ phun. Nhiệt độ nung trước không khí
≤300oC để tránh sự phân hủy nhiên liệu sinh bồ hóng làm tắc mỏ phun.
Nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn (1), không khí vào mỏ phun qua đường dẫn (2).
Nhiên liệu và không khí gặp nhau ở trước cửa ra của mỏ phun. Tại đây, nhiên liệu được
biến thành bụi, hỗn hợp bụi nhiên liệu và không khí quan miệng mỏ phun (3) vào buồng
đốt để cháy trong lò.
Mỏ phun cao áp. Chất biến bụi là không khí nén hay hơi nước có áp suất cao.
Lượng không khí đốt nhiên liệu đưa qua mỏ đốt chiếm khoảng 7 – 12% tổng lượng
không khí đốt nhiên liệu. Lượng không khí còn lại sẽ cấp vào buồng lò bằng một
sẽ được dẫn trực tiếp không qua mỏ đốt.
Ống dẫn nhiên liệu lỏng (1) ở trong, ống dẫn chất biến bụi (3) bao bên ngoài. Khi làm
việc, chất biến bụi vào mỏ phun, chuyển động quanh ống dẫn nhiên liệu và gặp dòng lỏng
ở đầu mỏ phun. Tiết diện ra của chất biến bụi quyết định lưu lượng chất biến bụi vào phá
vỡ dòng lỏng được điều chỉnh bằng cách dịch chuyển ống dẫn lỏng.
Lò đốt chất thải lỏng. Chất thải dạng lỏng được đốt trực tiếp trong lò đốt bằng cách
phun vào vùng ngọn lửa hay vùng cháy của lò phụ thuộc vào nhiệt trị chất thải. Lò đốt
được duy trì nhiệt độ khoảng trên 1000oC. Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò từ vài
phần giây đến 2,5 giây.
•

Lò đốt chất rắn
Lò đốt thủ công: ghi phẳng, ghi nghiêng.

Nhiên liệu được xếp một lớp dày 200 – 250mm trên ghi lò. Phía dưới ghi là buồng tích
xỉ, phía trên là không gian làm việc của buồng đốt. Khi làm việc, gió được cấp vào lò qua
cửa (4) đi qua lớp than để tham gia quá trình cháy.
Buồng đốt ghi nghiêng gồm có hai phần: phần trên là không gian làm việc, phần dưới
là không gian chứa xỉ. Gió được cấp vào qua cửa (4) để đốt cháy nhiên liệu. trong buồng
đốt này dùng ghi nghiêng (2) là chính. Ghi được tạo bởi các thanh gang có chiều rộng 200250mm, chiều dài bằng chiều ngang buồng đốt. Các thanh ghi đặt so le nhau và các nhau
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

10


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

70-100mm để tạo bậc. Toàn bộ ghi đặt nghiêng 35-40o so với mặt phẳng chuẩn. Trong
buồng đốt cũng có dùng ghi phẳng (3) chủ yếu là để hứng xỉ của phần ghi nghiêng thải
xuống không gian chứa xỉ, việc tổ chứa cháy than là chức năng phụ của ghi phẳng.
Khi làm việc, than từ phễ (6) nhờ cơ cấu mở van (7) tự chảy xuống ghi (2) tạo lớp than
(1) có chiều dày yêu cầu. Đồng thời gió được đưa vào qua cửa (4) và đi qua các khe hở
giữa các thanh ghi, tiếp xúc với than để thực hiện quá trình cháy.

Hình 1.

Ghi nghiêng

Buồng đốt ghi nghiêng được ứng dụng khi lượng nhiên liệu lớn, các loại chất đốt có
chất bốc lớn và độ thiêu kết yếu.

Thiết bị đốt phun bụi.
Khi nhiên liệu rắn ở dạng bụi kích thước 0,05-0,07 mm, chất bốc thoát ra nhanh, xáo
trộn mãnh liệt với không khí và cháy. Còn lại cac bon bị cốc hoá và phá vỡ thành hạt nhỏ
hơn. Dạng đốt này này tạo lượng tro lớn trong sản phẩm cháy nên thường dùng với nhiên
liệu độ tro ≤8%. Các dạng thiết bị đốt thường dùng là buồng xiclon, thiết bị tầng sôi, thùng
quay, lò phun bụi …
Lò tầng sôi

Hình 2.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

Lò đốt tầng sôi

11


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Lò tầng sôi ống trụ có vỏ bọc và lưới phân phối không khí. Trên lưới đổ lớp cát dày
0,8-1 m (kích thước hạt 0,6-2,5mm). Tầng sôi được tạo thành khi thổi khí qua lưới phân
phối. Chất rắn được cho vào lò trộn mãnh liệt với cát nóng đỏ và cháy. Quá trình cháy
kéo dài không quá 1-2 phút.
Lò nhiều đáy
Lò nhiều đáy lò ống trụ có vỏ bọc đường kính 6-8m. Không gian cháy của lò được
chia thành 7-9 đáy nằm ngang. Ở tâm lò có trục quay được gắn một cơ cấu cào. Cặn cho
vào buồng phía trên lò, chuyển động xuống dưới qua lỗ có trong từng đáy. Ở buồng trên
cặn được sấy khô, còn trong ngăn giữa nó cháy. Lò này có đặc điểm là vận hành đơn giản,
hoạt động bền đối với sự dao động chất lượng và số lượng của cặn xử lí, bụi cuốn theo khí
không nhiều.

Lò đốt thùng quay
Lò thùng quay là trống quay nghiêng với lò đốt được đưa ra ngoài, ở đó nhiên liệu
lỏng hoặc khí cháy. Cặn sau khi tách nước được nhập từ đầu trống đối diện với lò đốt và
sẽ cháy trong vùng cháy. Ưu điểm của lò là khí thải ít ô nhiễm bụi, có khả năng đốt cặn
với độ tro và độ ẩm lớn.

Hình 3.

Hệ thống đốt thùng quay

Lò đốt thùng quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải ở dạng rắn, cặn, bùn và
cũng có thể ở dạng lỏng. Thùng quay hoạt động ở nhiệt độ khoảng 1100oC.
Có hai loại thùng quay cơ bản:
1. Loại không có vách ngăn ở hai đầu. Loại này có thể chứa được lượng chất thải từ
5-10% thể tích thùng quay, thời gan lưu ngắn hơn 1 giờ.
2. Loại có vách ngăn ở hai đầu. Loại này có thể chứa được lượng chất thải từ 15-20%
thể tích thùng quay, thời gan lưu lớn hơn 1 giờ.
Lò xiclon và phun bụi

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

12


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Lò xiclon và phun bụi được ứng dụng để đốt cặn lỏng hoặc rắn phân tán cao trong
trạng thái phun bụi. Các lò này hiện nay chưa được phổ biến rộng rãi.
Nhược điểm của lò:
1. Lò nhiều đáy - tải nhiệt riêng phần thấp, có bộ phận quan trọng trong vùng nhiệt độ

cao, chi phí đầu tư và vận hành lớn.
2. Lò thùng quay - tải nhiệt riêng phần thấp, tải trọng thể tích đốt thấp, vỏ bọc hư hỏng
trong quá trình làm việc, chi phí đầu tư và vận hành cao.
3. Lò phun bụi - năng suất thấp, vận hành phức tạp, chi phí đầu tư lớn.
4. Lò xiclon - cần lắp bộ phận thu bồi bụi công suất lớn và thiết bị để lấy xỉ ra ngoài.
5. Lò tầng sôi - hạt phân bố không đều trong tầng sôi, cần phải thu hồi bụi.
2.2.2.4 Ứng dụng phương pháp đốt trong xử lý tiêu hủy chất thải
Quá trình đốt được áp dụng để tiêu hủy chất thải hữu cơ ở các dạng khí, lỏng và rắn.
Trong công nghệ đốt chất thải rắn sinh hoạt người ta sử dụng l2 đốt dạng ghi nghiêng.
Công nghệ đốt cặn dùng bằng lò đốt thùng quay hoặc tầng sôi. Phương pháp đốt được ứng
dụng trong công nghệ đốt nhựa phế thải, đốt bùn hoạt tính d9
2.3

PHÁT TÁN Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ

Việc xử lí khí thải đạt đến nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh bị hạn chế
bởi điều kiện kó thuật và nếu về mặt kó thuật thực hiện được thì về mặt kinh tế sẽ vô cùng
tốn kém, vì vậy khí thải thường được xử lí đến nồng độ cho phép (được quy định bởi luật
pháp) rồi phát tán vào khí quyển qua ống khói cao.
Sự phát tán ô nhiễm là sự pha loãng chất ô nhiễm trong khí quyển. Động lực của quá
trình là do chuyển động của dòng chất thải và dòng không khí trong khí quyển, sự chênh
lệch nhiêt độ và sự chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm trong dòng thải với không khí xung
quanh.
2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán ô nhiễm trong môi trường không khí
Ngay sau khi thoát ra khỏi ống khói khí thải chịu tác động của nhiều yếu tố như thành
phần, tính chất và đặc tính của chính chất thải; chiều cao ống khói, hình dạng và kích
thước cổ ống khói; vận tốc thải (ở cổ ống khói); hướng và vận tốc gió; sự phân tầng nhiệt
độ, mức độ chảy rối và các chỉ số trạng thái của khí quyển; mưa; nhiệt độ và độ ẩm của
không khí. Dự đoán trạng thái của khí thải trong khí quyển là bài toán vô cùng phức tạp
và việc giải nó càng khó hơn do các quá trình trong khí quyển không ổn định va có thể

thay đổi rất nhanh theo thời gian.
Phụ thuộc vào điều kiện khí quyển, hình dạng bên ngoài của khí thải rất đa dạng
(theo hướng gió và có chiều dài đến hàng chục kilomét), nhanh chóng lan tỏa vào hướng
ngang và thẳng đứng, có dạng sóng nối đuôi nhau...

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

13


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Sự kết tụ hạt

Khối lượng riêng
và hình dạng hạt

Xử lí
tạp chất khí

Sự có mặt của
các cấu tử nặng

Sự lắng trọng lực
của các phần tử

Sương mù
Mây

Điều kiện thải

Gió

Khuếch tán
phân tử

Mưa

Địa hình, bề mặt công
trình xây dựng

Khí thải

Chiều cao
ống khói

Kích thước, hình
dạng cổ ống khói

Hình 4.

Vận tốc thải ở
cổ ống khói

Hiện tượng
nghịch đảo

Khuếch tán
xoáy rối

Sự phân tầng nhiệt
độ khí quyển

Hiệu nhiệt độ khí quyển
và không khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán ô nhiễm trong không khí

•

Gió. Gió là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát tán chất ô nhiễm
chất thải. Khi vận tốc gió nhỏ độ dựng cột khói (∆H) tăng, nhưng cột khói giữ cấu trúc
dày đặc lâu hơn và khó lan truyền dưới tác động của chỉ một mình khuyếch tán khí
quyển, nhưng do có hướng chuyển động lên trên nên nồng độ chất ô nhiễm trong lớp
khí quyển gần mặt đá6t nhỏ. Khi gió mạnh ∆H giảm xuống gần bằng không, nhưng
ngọn khói chịu sự tác động mạnh của khuyếch tán khí quyển nên nồng độ chất ô
nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt đất cũng thấp. Tồn tại vận tốc gió mà khi đó luồng
khói giữ cấu trúc dầy đặc và chuyển động theo phưong ngang, lúc này, nồng độ cực
đại của chất ô nhiễm tại mặt đất do một nguồi thải ra đạt giá trị lớn nhất và được gọi
là vận tốc gió nguy hiểm.

•

Mưa. Mưa nói chung thúc đẩy sự loại chất ô nhiễm từ khí quyển. Tuy nhiên, mặt
ngược lại, mưa chuyển chất ô nhiễm từ khí quyển vào đất, nguồn nước và cây cối cũng
như các công trình nhân tạo. Đặc biệt khi lôi cuốn các chất ăn mòn hóa học, nước mưa
tuy chậm nhưng phá huỷ tất cả những gì có trên mặt đất.

•

Sự phân tầng nhiệt độ của khí quyển. Xác định trạng thái của khí quyển không ổn
định, trung hòa, ổn định. Trạng thái không ổn định thuận lợi nhất cho việc phát tán, vì
nó kèm theo sự khuấy trộn mạnh không khí theo hướng thẳng đứng. Trong trạng thái
trung hòa sự phát tán giảm đáng kể. Còn trạng thái ổn định là bất lợi nhất cho sự phát
tán.

•

Sương mù dày đặc và kéo dài xác định hiện tượng lắng đọng trong lớp khí quyển tại
mặt đất. Đó là yếu tố khí tượng bất lợi. Trước hết chúng góp phần hình thành sự
nghịch đảo nhiệt độ, kế đến, chúng có thể là nguyên nhân tạo thành khói mù - hỗn
hợp sương mù tự nhiên với chất thải công nghiệp bay (bụi, hơi...) . Đã có những trường
hợp khói mù ổn định gây tai nạn thê thảm cho dân cư. Vì vậy tần số hình thành, mật
độ và độ ổn định của sương mù ở địa phương nào đó cần được phân tích cẩn thận trong
việc thiết kế các công trình xử lí và thải khí.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

14


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

•

Sự nghịch đảo nhiệt độ là một yếu tố nguy hiểm đặc biệt

Bản chất của sự nghịch đảo nhiệt độ là nhiệt độ khí quyển không giảm theo độ cao
như sự phân tầng nhiệt độ bình thường của khí quyển mà ngược lại không khí lạnh, dày
đặc và nặng được giữ lại trên mặt đất. Khi đó không khí chứa chất ô nhiễm chỉ thực hiện

dao động nhỏ theo hướng thẳng đứng và tồn tại trong khoảng cao độ từ 500 đến 600m.
Hiện tượng này liên quan đến sự làm lắng đọng không khí, thường xuất hiện trên các
nguồn nước lớn, hoặc sau các cơn mưa.
Nghịch đảo nhiệt độ luôn luôn nguy hiểm mặc dầu mức độ nguy hiểm của chúng khác
nhau. Lớp nghịch đảo có thể triệt tiêu hoàn toàn sự phát tán ô nhiễm.
•

Địa hình không bằng phẳng

Khi không có sự nghịch đảo nhiệt độ và chế độ gió thuận lợi cho việc phát tán chất
thải, bởi vì nó thúc đẩy sự xoáy rối khí quyển theo phương thẳng đứng.
•

Rừng cây

Rừng cây ảnh hưởng đến sự lan truyền chất thải nhưng đồng thời nó yêu cầu được bảo
vệ khỏi chất ô nhiễm khí quyển. Rừng đóng vai trò lọc ngăn sự phát tán các hạt sol khí
(aerosol) trong phần thấp nhất của lớp khí quyển sát mặt đất. Tuy nhiên, vai trò lọc của
rừng không cao. Rừng rậm, cây cao thúc đẩy sự xoáy rối không khí theo phương đứng khi
có gió. Ngược lại rừng cần được bảo vệ. Ví dụ khí thải chứa HF có thể tiêu diệt cây lá
nhọn trong bán kính đến hàng chục kilomét.
•

Chiều cao ống khói

Chiều cao ống khói H và độ dựng cột khói ∆H đóng vai trò quan trọng đối với sự phát
tán chất thải.
Độ dựng cột khói ∆H phụ thuộc hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển, vận tốc khí thải ở
đầu ra cổ ống khói ω0 và vận tốc gió u.
Lực trọng trường làm giảm ∆H phụ thược vào khối lượng riêng của chất ô nhiễm. Nếu

thải sol khí (aerosol), chiều cao nâng hạt phân tán còn phụ thuộc vào hình dạng của
chúng. Hạt bông và kết tụ có dạng không đối xứng được nâng nhanh hơn các hạt gọn, gần
hình cầu. Các hạt nhỏ thì kết tụ với nhau thành hạt lớn và dễ dàng lắng trong bán kính vài
chục mét cách ống khói (ví dụ bụi xi măng).
Mỗi cấu tử có vận tốc lắng riêng và có nồng độ cực đại riêng trong lớp khí quyển sát
mặt đất.
•

Sự ngưng tụ hơi

Sự ngưng tụ hơi thúc đẩy quá trình lắng, ngoài ra hơi có thể ngưng thành lỏng hoặc
thành hạt rắn. Ví dụ chì có trong khí thải của luyện kim màu, ở 300-400oC nó ở trạng thài
hơi, còn khi làm nguội nó nhưng tụ nhanh thành hạt rắn.
2.3.2 Phân loại nguồn ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất
Nguồn ô nhiễm của khu công nghiệp có thể được phân loại theo các dấu hiệu khác
nhau sau:
•

Theo hệ thống thải chất độc hại nguồn thải được chia ra thành hai loại.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

15


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Khí thải công nghệ là phần đuôi của khí công nghệ. Khí thải từ thiết bị công nghệ
do thổi vệ sinh, do rò rỉ qua chỗ hở và nắp nối bít. Khí thải công nghệ có nồng độ
chất độc hại cao và cần được xử lý.

Khí thải thông thoáng là khí thải do thông gió chung tự nhiên hay bằng cơ giới và
khí thải của thông thoáng cục bộ. Khí thải của thông thoáng chung có đặc điểm là
nồng độ chất độc hại thấp và thể tích khí ô nhiễm lớn. Khí thải do thông thoáng
cục bộ có tính chất gần với khí thải công nghệ và cũng cần được xử lý.
•

Theo sự phân bố nguồn trong dòng gió, nguồn thải được chia ra làm nguồn cao và
nguồn thấp.
Nguồn cao là nguồn điểm – ống khói, cao hơn 3,5 lần chiều cao công trình gần ống
khói (Hn). Theo kinh nghiệm, ở độ cao này có thể bỏ qua ảnh hưởng đến sự lan
truyền chất ô nhiễm của biến dạng dòng khí bởi các công trình xây dựng. Nếu
chiều cao hiệu dụng của nguồn thải trong khoảng 2,2 Hn < He < 3,5Hn thì có vùng
chuyển tiếp. Trong vùng này sự phát tán chất độc hại chịu ảnh hưởng của xoáy rối
khí quyển và xoáy rối tạo ra do gió thổi qua mái nhà. Chiều cao hiệu dụng (He) là
tổng chiều cao hình học (H) và độ dựng cột khói (∆H) trên đầu ống thải dưới tác
dụng hướng lên trên của động lực dòng chảy và lực nâng sinh ra do chênh lệch
khối lượng riêng giữa khí thải và khí quyển.
Nguồn thải thấp bóng rợp là các nguồn có chiều cao thải hiệu dụng thấp hơn vùng
tuần hoàn, xuất hiện ở phía sau các công trình. Nguồn thải sẽ gây ô nhiễm vùng
quẩn và nồng độ chất ô nhiễm đạt cực đại trong vùng này.

Các nguồn thải nằm trong vùng quẩn phụ thuộc vào vận tốc gió có thể là nguồn cao
và thấp.
Khi vận tốc gió lớn, độ nâng cột khói không đáng kể, khí thải được thổi bởi gió vào
vùng quẩn. Trường hợp này nguồn được xem là nguồn thấp.
Nhóm I: Theo mức độ giảm vận tốc gió, độ dựng cột khói tăng và ở vận tốc
nào đó khí thải được lan truyền ngoài vùng quẩn. Các nguồn thấp như vậy khi
vận tốc gió nhỏ trở thành nguồn cao và có ý nghóa lớn đối với việc bảo vệ lớp
quyển gần mặt đất.
Nhóm II là nguồn thấp trong vùng bóng rợp, mà các chất ô nhiễm trong đó

(nhiệt độ gần bằng nhiệt độ khí quyển) khi vào khí quyển nó không có khuynh
hướng chuyển động lên trên.
Nguồn thải nhóm II là nguồn thấp và không chuyển thành nguồn cao khi vận tốc nhỏ.
Nhóm này gồm nguồn thải qua ống khói, quạt thổi, ống dẫn… Các nguồn này đặc biệt
nguy hiểm đối với lớp khí quyển gần mặt đất khi vận tốc gió nhỏ.
•

Theo phương pháp thải không khí ô nhiễm vào khí quyển, nguồn thải chia ra
Thải có tổ chức là nguồn thải qua ống khói, hầm lò. Thải có tổ chức thường được
kiểm soát và xử lý.
Thải vô tổ chức là thải qua cửa sổ, phát sinh chất thải qua chỗ hở của thiết bị cũng
như bay hơi từ bề mặt chất lỏng hở. Việc kiểm soát và xử lý rất khó.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

16


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

•

Theo nhiệt độ khí thải, nguồn thải có thể chia ra: Nguồn nóng cao ∆t = tkt – tkq >100oC;
nguồn nóng 20 < ∆t < 100oC; nguồn nóng thấp 5 < ∆t < 20oC; nguồn đẳng nhiệt ∆t ≈ 0
và nguồn lạnh ∆t < 0.

Nguồn thải nóng cao là khói lò, ngọn đuốc từ các nhà máy dầu khí, khói thải lò sấy
cũng như khói thải từ các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao. Nguồn thải nóng, nóng thấp và
đẳng nhiệt là các nhà máy công nghiệp hóa chất. Ở các nguồn thải nóng, dòng khí thải
được nâng cao do chênh lệch nhiệt độ giữa dòng khí thải và khí quyển cao do đó sự phát

tán tốt hơn. Khí thải lạnh lắng xuống từ mái nhà và sân xưởng, chúng phát tán yếu hơn rất
nhiều.
•

Theo chế độ làm việc của sản xuất, nguồn thải chia ra làm liên tục và gián đoạn hoặc
luân phiên theo qui luật xác định hoặc tức thời. Nguồn thải liên tục cần được khảo sát
kỹ hơn, còn nguồn tức thời cho phép thải một lượng lớn chất độc hại.

•

Theo mức độ tập trung, nguồn thải được chia ra thành hai loại tập trung và phân tán.
Đối với nguồn thải phân tán, mỗi thiết bị công nghệ có ống thải riêng, thường
không cao do đó góp phần gây ô nhiễm khu vực sản xuất đáng kể. Đó là các cửa
sổ thông gió, các thiết bị, bình chứa cũng như sự rò rỉ chất độc hại từ các chỗ hở.
Trong nguồn thải tập trung, tất cả các dòng khí thải được gom chung và chỉ thải
vào khí quyển qua 1 hoặc 2 ống khói. Nguồn thải này thường cao, chất độc hại
được phát thải vào lớp khí quyển cao. Ở đó hệ số xoáy rối cao nên chất ô nhiễm
được phát tán tốt hơn.

2.3.3 Các mô hình phát tán ô nhiễm trong không khí
Phương trình vi phân cơ bản thể hiện trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm trong
không khí phân bố theo thời gian và trong không gian như sau:
∂C
∂C
∂C
∂C ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞
⎟ + ⎜σz
+u
+v
+w

= ⎜σx
⎟ + α 1C − α 2 C
⎟ + ⎜σy
∂t
∂x
∂y
∂z ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂y ⎜ ∂y ⎟ ∂z ⎝ ∂z ⎠
⎝
⎠
Trong đó:
C: nồng độ chất ô nhiễm trong không khí tại điểm có toạ độ (x,y,z); x,y,z: tọa độ điểm
khảo sát trong không gian. Gốc tọa độ là chân ống khói, trục nằm ngang x trùng với hướng
gió, y là tọa độ ngang vuông góc với trục x, z là trục đứng; u, v, w: vận tốc gió theo các
hướng x, y, z; t: thời gian; σx, σy, σz: các thành phần ngang và đứng của hệ số khuếch tán
chất ô nhiễm; α1: hệ số kể đến sự thâm nhập thêm lượng ô nhiễm trên đường khuếch tán;
α2 : hệ số kể đến sự biến hóa từ chất ô nhiễm này sang chất ô nhiễm khác do các phản
ứng hóa học trên đường khuếch tán.
Phương trình phát tán ô nhiễm rất khó giải mà nếu giải được thì lời giải cũng không
có giá trị thực tiễn vì như đã nói các điều kiện phát tán luôn thay đổi, mà lời giải chỉ thích
ứng với một điều kiện tức thời nào đó. Đối với các nhà kó thuật môi trường, họ chỉ cần
phương pháp tính phát tán ô nhiễm có sự kết hợp giữa các tính chất đặc trưng của chất thải
với trạng thái của khí quyển cho một địa phương cụ thể nào đó trong khoảng thời gian dài.
Một số phương pháp tính dựa trên cơ sở đơn giản hóa phương trình phát tán được trình
bày sau đây
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

17


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

2.3.3.1 Mô hình cuả Berliand (Nga)
2.3.3.1.1 Tính toán sự phát tán chất độc hại vào khí quyển từ nguồn thải cao
•

Nồng độ cực đại

Nồng độ chất độc hại cực đại trong lớp khí quyển gần mặt đất Cmax đối với khí thải
nóng từ nguồn đơn trong điều kiện khí tượng bất lợi ở cách nguồn thải theo hướng gió
được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
Cmax =

A.M.F.m.n
H 2 .3 V.∆T

A- hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ trong khí quyển và xác định điều kiện phát
tán thẳng đứng và theo phương ngang của chất độc hại trong khí quyển, s2/3.mg.K1/3/g. Đối
với khí hậu nhiệt đới có thể nhận A = 240 s2/3mgτ1/3/g.
M - tải lượng chất ô nhiễm thải vào khí quyển, g/s; H - chiều cao nguồn thải tính từ
mặt đất, m; V - lưu lượng thể tích khí thải, m3/s; ∆T – hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển,
o
K. Nhiệt độ khí quyển cần lấy cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13 giờ.
F - Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng của chất ô nhiễm trong khí quyển. Hệ
số F: đối với chất ô nhiễm là khí F = 1; đối với chất ô nhiễm là bụi:
Nếu hiệu quả xử lý η≥ 90% F = 2;
Nếu hiệu quả xử lý 75 ≤ η < 90%

F = 2,5;

Nếu hiệu quả xử lý η < 75% F = 3,0

m và n – các hệ số vô thứ nguyên, tính đến điều kiện thoát khí từ cổ nguồn thải. m
được xác định theo công thức sau;
m = (0,67 + 0,1 f +0,34 3 f )-1

neáu f < 100

m = 1,47 3 f

neáu f > 100

2
10 3 ω 0 D
. Trong đó, ωo – vận tốc thoát khí từ cổ ống khói, m/s; D – đường
H 2 ∆T
kính cổ ống khói, m.

Với f=

Hệ số n được xác định theo các công thức sau:
n=1

nếu Vm ≥ 2

n = 0,532 × Vm2 – 2,13 × Vm + 3,13

nếu 0,5 ≤ Vm < 2

n = 4,4 × Vm

nếu Vm < 0,5

Với Vm = 0,65
•

3

V.∆T
H

Phân bố chất ô nhiễm trong không khí sát mặt đất

Vận tốc gió nguy hiểm là vận tốc gió mà khi đó nồng độ cực đại của chất ô nhiễm ở
lớp khí quyển gần mặt đất đạt giá trị lớn nhất. Vận tốc gió nguy hiểm (um) được xác định
như sau:

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

18


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

um = 0,5

nếu Vm ≤ 0,5

um = Vm

neáu 0,5 < Vm ≤ 2

u m = Vm (1 + 0,12 f )

neáu Vm > 2

Với vận tốc gió nguy hiểm, nồng độ chất ô nhiễm đạt cực đại ở khoảng cách Xm so
với chân ống khói được tính theo công thức sau:
Xm = d × H
Với d là hệ số vô thứ nguyên, được xác định qua giản đồ.
Nếu vận tốc gió khác vận tốc gió nguy hiểm thì nồng độ chất ô nhiễm cực đại đạt
được là:
(Cmax )u = r.Cmax
Khi đó, nồng độ đạt cực đại ở khoảng cách (Xm)u so với ống khói là:
(Xm)u = p.Xm
Với các hệ số r và p xác định theo giản đồ.
Sự phân bố nồng độ các chất ô nhiễm theo hướng gió ở các khoảng cách X khác nhau
tính từ nguồn được xác định theo công thức:
Cx = S1. Cmax
Hệ số S1 được xác định theo đồ thị phụ thuộc tỉ lệ X/ Xm.
Nồng độ chất ô nhiễm trong lớp khí quyển sát mặt đất theo phương vuông góc chiều
gió ở khoảng cách y được xác định theo công thức
Cy = S2Cx
Với Cx - nồng độ chất ô nhiễm tại trục hướng gió; S2 - hệ số vô thứ nguyên xác định
theo đồ thị.
•

Chiều cao ống khói

Chiều cao tối thiểu của ống khói bảo đảm nồng độ trong khí quyển sát mặt đất bằng
giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn môi trường không khí xung quanh tính theo công thức:
H=

A.M.F.m.n
C cp .3 V.∆T

Với Ccp - nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh, mg/m3 (TCVN 5938-1995).
Nếu từ một ống khói thải ra nhiều chất ô nhiễm không có ảnh hưởng cộng thì từ chiếu
cao ống khói (H) được chọn theo giá trị lớn nhất khí tính cho từng chất ô nhiễm. Nếu tác
động của chất thải từ ống khói được tổng cộng thì trong công thức cần thay Ccp bằng
⎡ k
⎢∑ C cpi
⎢ i =1
⎣

( )

−1 −1

⎤
⎥ , với k là số chất ô nhiễm.
⎥
⎦

Ngoài ra, chiều cao ống khói phải vượt các nhà dân ở lân cận không dưới 2,5 lần.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Haûi

19


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Giới hạn thải các chất ô nhiễm vào khí quyển cho phép, khi đó nồng độ chất ô nhiễm
ở lớp không khí gần mặt đất không vượt quá tiêu chuẩn cho phép Ccp được xác định theo
công thức:
Ccpt =

C cp H 2 3 V.∆T
AFmn

Các công thức được tính trong trường hợp nồng độ phông của chất ô nhiễm bằng
không nếu Cph ≠ 0 và Cph < Ccp thì trong các công thức phải thay Ccp bằng (Ccp - Cph).
Nồng độ chất ô nhiễm đã có sẵn trong không khí do các nguyên nhân khác trước khi
xuất hiện nguồn ô nhiễm mới. Khi có nguồn ô nhiễm mới thì cần phải xác địh mức độ xử
lí cho nguồn ô nhiễm này để sao cho nồng độ trong môi trường xung quanh vẫn thỏa mãn
tiêu chuẩn cho phép. Nếu nồng độ phông gần hoặc bằng giới hạn cho phép thì bất kì
nguồn thải nào đều không được phép vì hiệu quả xử lí 100% trong đại đa số các trường
hợp đều không hiện thực (do hạn chế về mặt kinh tế và kó thuật). Trong các trường hợp
này cách giải quyết đúng đắn nhất là giảm nồng độ phông bằng các biện pháp xử lí tại
các nguồn ô nhiễm đang hoạt động hoặc phải chọn khu vực khác.
2.3.3.1.2 Phát tán ô nhiễm cho nguồn gồm nhiều ống khói
Nếu nguồn ô nhiễm không phải là một ống khói mà là một cụm ống khói (gồm vài
ống khói), có thể tính sự phát tán cho hai trường hợp.
•

Các nguồn thải có thể cho là tập trung tại 1 điểm.

Các ống khói được bố trí gần nhau và khoảng cách giữa các ống khói ngoài cùng
không vượt quá 4 lần chiều cao ống khói trung bình. Trường hợp này có thể cho rằng các
nguồn thải tập trung vào một điểm trung tâm, diện tích bố trí các nguồn.
Giả sử khí thải phân bố đều cho các ống khói (N ống khói), các ống khói này có cùng

chiều cao và đường kính thì nồng độ tối đa của chất ô nhiễm trong lớp khí quyển gần mặt
đất là:
Cmax =

AM' Fmn.3
H

2

N
V' ∆T

, mg/m3.

Với M’ - tổng tải lượng ô nhiễm, g/s; V’ - tổng lưu lượng thể tích khí thải, m3/s; N - số
nguồn thải (số ống khói)
Vận tốc gió nguy hiểm um trong trường hợp này được tính là: Vm = 0,65 3
•

V' ∆T
.
NH

Các nguồn thải không thể đưa vào 1 điểm

Trường hợp này, việc tính nồng độ cực đại được tiến hành cho các tọa độ mạng lưới
đặc trưng của tất cả mọi nguồn thải. Khối lượng công việc rất lớn nên thuận lợi nhất là áp
dụng máy vi tính để tính toán.
2.3.3.1.3 Đối với nguồn thải đẳng nhiệt hoặc gia nhiệt yếu
C max =

A.M.F.n
.K
H 4/3

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

20


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Với A là hệ số có đơn vị mg.m1/3/g và đại lượng như đối với công thức đối với nguồn
thải nóng.
Tham số Vm được tính theo công thức: Vm = 1,3.
thức: K =

ω.D
; K được xác định theo công
H

D
1
=
8.V 7,1. ω.V

Vận tốc gió nguy hiểm tính như sau:
Nếu Vm ≤ 0,5 m/s

um = 0,5 m/s

Neáu 0,5 < Vm ≤ 2 m/s

um = Vm

Neáu Vm > 2 m/s

um = 2,2.Vm

Còn hệ số d được tính như sau
Nếu Vm ≤ 2

d = 11,4.Vm

Nếu Vm > 2

d = 16,1 Vm

2.3.3.1.4 Sự phát tán chất ô nhiễm từ nguồn thải thấp
Nguồn thải thấp được chia ra làm 2 nhóm:
Nhóm I: các nguồn thấp, khí thải thoát từ đáy đi lên trên với vận tốc xác định
Nhóm II: các nguồn thấp, khí thải thoát ra từ nó không có hướng lên trên
Trong phát tán chất độc hại từ nguồn nhóm I có 2 chế độ cần xem xét:
Chế độ thứ 1: có dòng gió chuyển động với vận tốc thuộc vùng > 0,5 m/s
Chế độ thứ 2: vận tốc gió trong vùng < 0,5 m/s
Nếu xem quá trình khuếch tán từ nguồn điểm bố trí ở độ cao H cách mặt đất thì ta có
công thức xác định nồng độ trong lớp khí quyển ở các điểm cách xa nguồn (r) và ở độ cao
Z cách mặt đất nhö sau:
C=

M ⎡
1
1
⎢
+
4πΑ ⎢ (Z − H) 2 + r 2
(Z + H) 2 + r 2
⎣

⎤
⎥
⎥
⎦

Nồng độ trên mặt đất Z = 0

C=

M
2πΑ H 2 + r 2

Trong đó, M: tải lượng chất ô nhiễm, mg/s;
A: hệ số truyền khối xoáy rối, m2/s. Trong tính toán, A được nhận giá trị nhỏ nhất
bằng 0,05 m2/s, giá trị nhỏ hơn trong thực tế khó xảy ra.
Theo công thức này ta có thể tính nồng độ cực đại chất ô nhiễm gây ra do nguồn
nhóm II trong điều kiện khí quyển bất lợi. Bởi vì nồng độ gần nguồn không thể lớn hơn tại
nguồn C0, nên công thức trên đúng đối với các điểm có bán kính r0 cách nguồn. R0 được
xác định từ điều kiện C ≤ C0.

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

21


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

•

Tính phát tán chất độc hại từ nguồn thấp bóng rợp
Nồng độ cực đại được xác định theo công thức sau:
Cmax =

K.M
v.H n

2

Với: M – tải lượng chất độc hại, mg/s; v – vận tốc gió ở độ cao 10m, m/s; Hn – chiều
cao nhà, m; K – hệ số phụ thuộc độ dựng cột khói trên nhà xưởng và phụ thuộc tỷ lệ kích
thước nhà xưởng. K xác định như sau: K = Kh . Kl
Với Kh – hệ số phụ thuộc độ dựng cột khói trên nhà xưởng, Kh được tính theo công
thức Kh = 2,05exp(-0,61he-2); he: độ dựng cột khói hữu ích trên nhà xưởng; he =
h 1 − H n + ∆h
; h1: Chiều cao ống khói từ mặt đất, m; ∆h: độ dựng cột khói, m; Kl – hệ số
Hn
phụ thuộc tỷ lệ kích thước nhà xưởng (l/Hn).
Công thức này không chỉ tính độ cao ống khói mà còn tính độ dựng cột khói do lực
quán tính, sinh ra do dòng khí thải chuyển động lên trên với vận tốc ω.
Bởi vì nhiệt độ khí thông thoáng thải vào khí quyển thường không khác nhiệt độ môi
trường xung quanh nên để đơn giản hóa việc tính toán có thể bỏ qua lực nâng do chênh

lệch nhiệt độ, khi đó ta có
∆h =

α.D.ω
ϕ .v

Với D là đường kính cổ ống khói, m; ω là vận tốc khí thoát ra từ ống khói theo hướng
lên trên, m/s; ϕ là hệ số vận tốc dòng gió phụ thuộc chiều cao ống khói trên nhà xưởng.
h=

0

0,25

0,50

0,75

1,00

1,20

0,8

1,0

1,1

1,2

1,4

1,4

h1 − H n
Hn
ϕ

Ghi chú: đối với nhà bố trí giữa và đối với các nhà rộng có cùng chiều cao ϕ = 1,2. đối
với nhà nằm trong vùng không khí động đứng trước nhà hoặc trong vùng quẩn ϕ = 0,6
α - hệ số tính đến sự xoáy rối của khí quyển, xác định bằng thực nghiệm. Trong
khoảng vận tốc gió từ 2 đến 5 m/s giá trị thực nghiệm α có thể biểu diễn bởi công thức sau
với độ chính xác cao:
α = 2,3 – 0,4

v
vo

Vì vo = 2 m/s, nên α = 2,3 – 0,2.v
Như vậy:

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

22


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

h 1 − H n α.D.ω
α. D.ω

+
=h+
ϕ .v.H n
ϕ .v
Hn

he =
h=

h1 − H n
Hn

D=

D
Hn

Neáu v < 2 m/s: he = h +

1,9.D.ω
ϕ .v

Neáu 2 < v < 5 m/s: he = h +
Với h' = h −

(2,3 − 0,2).D.ω = h − 0,2.D.ω + 2,3.D.ω = h '+ 2,3.D.ω
ϕ .v

ϕ

ϕ .v

ϕ .v

0,2.D.ω

ϕ

Kết hợp các công thức ta có
Nếu v < 2 m/s: Cmax =

2,05.M.K l .e

⎛ 1,9. D.ω ⎞
⎟
− 0,61⎜ h +
⎜
ϕ .v ⎟
⎠
⎝

2

2

H n .v

Lấy đạo hàm phương trình theo v, cho nó bằng 0, giải phương trình theo v ta thu được
công thức tính vận tốc gió nguy hiểm
vm =

()

3,8.D.ω
1
3,8.D.ω
.
=
.B h
2
ϕ .H n
ϕ .H n
h + 3,3 − h

()

1

Bh =

2

h + 3,3 − h

Nếu theo công thức, vận tốc gió nguy hiểm lớn hơn 2 m/s thì nồng độ cực đại và vận
tốc gió nguy hiểm sẽ tính theo công thức:
Cmax =

vm =

2,05.M.K l .e

⎛
2,3.D.ω ⎞
⎟
− 0,61⎜ h ' +
⎜
ϕ .v ⎟
⎠
⎝

2

2

H n .v

()

1
4,6.D.ω
4,6.D.ω
=
.B h'
.
2
ϕ .H n
ϕ .H n
h' + 3,3 − h'

()

B h' =

1
h' +3,3 − h'
2

Nếu vận tốc gió v = 2 m/s thì kết quả tính theo các công thức trên là như nhau
Thay biểu thức vận tốc gió nguy hiểm vào công thức ta có
Cmax =

a.M.ϕ .E.K l
D.ω.Η n

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

23


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Nếu v < 2 m/s → a = 2,05 / 3,8 = 0,54; Neáu v > 2 m/s → a = 2,05 / 4,6 = 0,45;
E – hệ số phụ thuộc h nếu v < 2 m/s và phụ thuộc h' nếu v > 2 m/s
2

h + 3,3 − h

E=
e

2
⎛
⎞
0,15. ⎜ h + 3,3 − h ⎟
⎜
⎟
⎝
⎠

2

Các giá trị B( h ), B( h' ), E( h ), E( h' ) được cho trong bảng

Bảng giá trị các hệ số B và E

h hoặc
h'

0

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

B
E

0,55
1,11

0,57
1,04

0,58
1,00

0,62

0,88

0,65
0,78

0,68
0,68

0,72
0,59

0,77
0,51

0,81
0,44

0,85
0,37

0,89
0,31

0,93
0,26

0,97
0,22

1,02

0,18

Các hệ số KlT, KlF tính đến sự thay đổi nồng độ cực đại trong lớp khí quyển sát mặt
đất phụ thuộc vào chiều dài tương đối của nhà xưởng:
l/Hn
KlT
KlF

1
1,2
-

2
1,3
0,9

3
1,15
1,0

4
2,0
1,15

5
0,8
1,3

6
0,65

1,45

7
0,5
1,65

8
0,35
1,8

9
0,28
2,1

10
0,23
2,2

Ví dụ: kết quả tính vận tốc gió nguy hiểm cho trường hợp thải chất độc hại qua ống
khói trên nhà xưởng cao Hn = 10 m với các chiều cao ống khói, đường kính và vận tốc
thoát khí theo hướng thẳng đứng khác nhau trình bày trong bảng
Hn
10
10
10
10
10
10

D

1
0,5
0,6
0,3
0,2
0,15

h
0,5
0,5
0,2
0,3
0,2
0,2

ω

ϕ

8
8
16
16
6
6

1,1
1,1
1,0
1,0

1,0
1,0

vm
2,15
1,08
2,25
1,12
028
0,22

2.3.3.2 Mô hình Gaussian

•

Một số giả thiết khi lập mô hình:
Lượng thải chất ô nhiễm do nguồn thải ra là hằng số theo thời gian
Tốc độ gió không đổi theo thời gian và theo độ cao vệt khói
Trong vệt khói không bổ sung thêm ô nhiễm, cũng như không xét đến trường hợp
chất ô nhiễm giảm đi do phản ứng hóa hợp chuyển thành chất khác.
Địa hình bằng phẳng không có vật cản.

•

Nồng độ chất ô nhiễm

Với các điều kiện gần đúng này và phương trình vi phân mô tả quá trình phát tán ta
có phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, y, z) như sau:

C ( x, y,z )

E
=
2ππu y σ z

Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

⎛
− y2
.⎜ exp 2
⎜
2σ y
⎝

2
⎞⎛
⎟.⎜ exp − (H − z )
⎟⎜
2τ 2
z
⎠⎝

2
⎞ ⎛
− (H + z )
⎟ + ⎜ exp
⎟ ⎜
2τ 2
z
⎠ ⎝

⎞
⎟
⎟
⎠
24


Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương

Phương trình tính nồng độ chất ô nhiễm ở toạ độ (x, 0, 0):
C (x ) =

E
− H2
.exp
πuσ y σ z
2σ 2
z

Trong đó, C(x,y,z): nồng độ chất ô nhiễm tại điểm có tọa độ (x,y,z), mg/m3; C(x): nồng
độ chất ô nhiễm tại các điểm trên trục x, y = z= 0, mg/m3; x: khoảng cách tới nguồn thải
theo phương x, phương gió thổi, m; y: khoảng cách từ điểm tính trên mặt ngang theo chiều
vuông góc với trục vệt khói, cách tim vệt khói, m; z: chiều cao điểm tính toán, m; E: lượng
thải chất ô nhiễm từ nguồn thải (miệng ống khói…), mg/s; u: tốc độ gió trung bình ở chiều
cao hiệu quả của ống khói, m/s; σy: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang
phương y, m; σz: hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương đứng phương z, m;

•

Tính hệ số phát tán σy, σz

Hệ số phát tán phụ thuộc vào độ ổn định của khí quyển. Phân loại độ ổn định khí
quyển theo Turner như sau.
Bảng 1.
Tốc độ gió
trên mặt đất
(m/s) (1)
<2
2-3
3-5
5-6
>6

Phân cấp ổn định của khí quyển theo Turner

Ban ngày theo nắng chiếu
Mạnh (2)
Trung bình (3)
Yếu (4)
A
A–B
B
C
D

A-B
B
B–C
C–D

D

B
C
C
D
D

Ban đêm theo độ mây (5)
Nhiều mây,
Ít mây, độ
độ mây ≥ 4/8
mây ≤ 3/8
E
F
E
F
D
E
D
D
D
D

Ghi chú:
(1) Là tốc độ gió ở độ cao 10m so với mặt đất
(2) Nắng mùa hè, khi mặt trời có góc cao lớn hơn 60o
(3) Nắng mùa hè, khi bầu trời có một số mảng mây và trời trong sáng, khi mặt trời có
góc cao 30 – 60o
(4) Đặc trưng là buổi chiều mủa thu hay ngày mùa hè có mây, hoặc mùa hè trong

sáng, mặt trời có góc cao 15 – 35o
(5) Độ mây được xác định bằng mức mây che phủ bầu trời.
Các phương pháp xác định hệ số phát tán trình bày lần lượt ở sau đây
Xác định các hệ số phát tán bằng đồ thị
Dùng các công thức tính toán: công thức Martin:

σ y = a. x 0,894
σ z = c. x d + f
Bảng 2.
Cấp ổn định
khí quyển
A
B
Giảng Viên: ThS. Trần Minh Hải

Các hệ số a, c, d, f của công thức Martin

a
213
156

c
440,8
106,6

x≤ 1 km
d
1,941
1,941

f
9,27
3,3

c
459,7
108,2

x > 1 km
d
2,094
1,098

f
-9,6
2,0
25