Trong thực tế sản xuất và đời sống, có rất nhiều loại khí thải mang theo chất ô nhiễm dạng khí. Việc lọc sạch chúng phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hóa học của chất ô nhiễm, có thể chia chúng thành hai nhóm:

- Nhóm các chất có nguồn gốc hữu cơ: Bao gồm các chất có nguồn gốc từ khí thiên nhiên, dầu mỏ như: Xăng, etylen, benzen, butan…

- Nhóm có nguồn gốc vô cơ như: H₂S, SO₂, NO_X…

Không thể có quy trình và thiết bị nào chung cho mọi loại chất ô nhiểm dạng khí. Quy trình lọc sạch chúng phụ thuộc vào tính chất hóa lý và nồng độ thực tế trong khí thải và hiệu quả kinh tế của công việc. Ngày nay, ở các nước phát triển, đang khuyến khích việc lọc chất ô nhiểm trong khí thải thành các sản phẩm có thể dùng được trong sản xuất. Tuy vậy, phải thừa nhận rằng, các hệ thống này đắt tiền và vận hành phức tạp.

QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ GÂY Ô NHIỄM

QUY TRÌNH HẤP THỤ

Quy trình hấp thụ hơi khí độc là quá trình xảy ra phản ứng hóa học giữa hơi khí độc với chất hấp thụ khác pha để có chất mới với thuộc tính mới.

Ví dụ : Quá trình hấp thụ SO₂ bằng nước vôi.

SO₂ + Ca ( OH )₂ = CaSO₃ + H₂O

Chất hấp thụ hơi khí độc đa phần là ở thể lỏng được phun thành giọt nhỏ vào dòng khí thải hay chảy tràn trên bề mặt lớp vật liệu rỗng của lớp đệm, (Có rất ít trường hợp chất hấp thụ ở thể rắn vì phản ứng hóa học chỉ xảy ra được trên bề mặt của hạt vật liệu và sau đó phản ứng dừng lại).

Hiệu quả của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố:

- Ái lực hoá học của chất phản ứng.

- Tốc độ và thời gian dòng khí đi qua thiết bị.

- Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của khí thải với dung dịch phun…

Chất khí độc được quan tâm nhiều nhất hiện nay là SO2 trong khí thải. Có một vài quy trình như sau:

- Dùng sữa vôi hấp thu SO₂ ta tạo ra sunfit canxi. Đưa hỗn hợp này qua bể oxy hóa để tạo ra thạch cao CaSO₄ . 2H₂O.

- Dùng dung dịch xút hấp thụ SO₂ và tái sinh dung dịch xút bằng vôi hay CaCO₃.

Khó khăn của các loại quy trình này là ở chỗ nếu không tái sinh được dung dịch hấp thụ, lấy được chất độc hại ra khỏi dung dịch ở dạng thành phẩm cho sản xuất thì phải xử lý và đỗ bỏ dung dịch hấp thụ. Như vây chất ô nhiểm không bị loại bỏ hoàn toàn mà chuyển từ môi trường này qua môi trường khác.

THIẾT BỊ LỌC HƠI KHÍ ĐỘC THƯỜNG DÙNG

Buồng phun được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí 1,2 hay 3 giàn mũi phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch, không khí sạch qua khỏi buồng phun được dẫn vào Cyclon ướt để thu lại các hạt nước phun. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí.

Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào hệ thống xử lý nước thải.

Người ta thường cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = 1 ~ 2,5 kg/ms . Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : μ = 1,2 ~ 7 kg/kg. Các vòi phun dung dịch hấp thụ thường là vòi phun góc có lưu lượng 250 l/h với đường kính lổ phun 2,5 ~ 3,5 mm. Áp suất dung dịch phun nhỏ nhất là 2,5 kg/cm².

Tháp đệm:

Tháp đệm thường là một tháp chứa lớp vật liệu rỗng như các loại khâu bằng sứ, kim loại hay plastic. Khi thải được dẫn vào ở đáy tháp và thoát ra ở đỉnh tháp. Dung dịch hấp thụ được tưới đều lên đỉnh lớp đệm và chảy dọc theo các bề mặt vật liệu. Phản ứng hấp thụ xảy ra trên bề mặt ướt của lớp đệm. Hiệu quả lọc phụ thuộc vào vận tốc dòng khí trong lớp vật liệu tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớp đệm.

Vận tốc dòng khí đi qua lớp đệm trong khoảng v=1~1,5 m/s. Chiều dày lớp đệm h = 0,4~3 m. Dung dịch hấp thụ được phân phối đều trên toàn mặt cắt ngang tháp bắng vòi phun hay ống khoan lỗ. Cường độ tưới dung dịch hấp thu μ = 1,5 ~ 4 kg/kg kk. Trở lực của tháp cho dòng khí thải p = 60 x (h/0,4) kg/m².

Sơ đồ nguyên lý tháp đệm.

Tháp đệm được dùng để lọc hơi khí độc có lẫn rất ít bụi để tránh nghẹt lớp đệm. Tốc độ dòng khí qua lớp đệm được cấu tạo sao cho tránh hiện tượng sặc trong lớp đệm.

Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun và tháp đệm để tiến hành lọc hơi khí độc. Thiết bị loại này có một buồng phun ở phía trên và một tháp đệm ở phía dưới. Khi thải đi từ dưới lên qua tháp đệm và qua buồng phun, sau đó được đưa qua một lớp vật liệu rỗng khác để tách lại các hạt nước phun.

Tháp bọt:

Trong tháp bọt, người ta đưa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phía trên có nước hay dung dịch hấp thụ. Khí thải đi qua lớp nước dưới dạng các bọt khí và nổ vỡ ở mặt trên của mặt nước. Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khí độc xảy ra trên bề mặt các bọt khí.

Người ta thường làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 - 6mm có các lỗ hình tròn đường kính d = 4 ~ 8mm. Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diện tích mặt sàng. Lượng nước trên lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớp bọt có chiều cao 80 ~ 120mm. Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong khoảng 6 ~ 10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp bọt ổn định. Tốc độ khí đi qua thiết diện ngang của thiết bị trong khoảng 1,5~2,5 m/s. Thiết bị thường có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu quả của thiết bị.

Sơ đồ nguyên lý tháp bọt.

CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ KHÍ SO2

Hấp thụ khí SO2 bằng nước:

Đây là phương pháp đơn giản được áp dụng để loại bỏ khí SO₂ trong khí thải, nhất là trong khói các loại lò công nghiệp. Mức độ hoà tan của khí SO₂ trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao (xem bảng), do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO₂ phải đủ thấp.

Khi SO₂ tan trong nước, dung dịch có tính axit. Phần lớn SO₂ hoà vào nước ở dạng hidrat hoá SO₂x7H₂O.

Nếu dùng phương pháp phun nước để lọc SO₂ trong khói lò đốt có nhiệt độ cao (từ 180 ~ 200 ^OC) thì cần phải làm nguội khí và nước phun sao cho dung dịch phun luôn có nhiệt độ trong khoảng 25~30^OC. Chỉ khi đó thiết bị dùng phương pháp phun nước mới làm việc có hiệu suất cao. Vì nước phun trong tháp đồng thời được dùng để làm nguội khí lò, và phải tuần hoàn nhiều lần trước khi thải bỏ nên nhiệt độ nước tăng cao, gây nguy cơ dung dịch phun nhả khí SO₂ đã hấp thu được vào khí thải.

Khí SO₂ sẽ bay hơi trở lại không khí khi nhiệt độ nước tăng. Sau khi hấp thụ, muốn lấy lại khí SO2 thì phải tăng nhiệt độ của nước phải đủ cao trong thiết bị thu hồi SO₂ để giải phóng khí SO₂ ra khỏi nước.

Bảng sau cho lượng nước lý thuyết cần để hấp thụ 1 tấn khí SO₂ trong khí thải cho đến giới hạn bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu của SO₂ trong khí thải.

Nếu không dùng nước tuần hoàn thì lượng nước phun sẽ rất cao nên quy trình này sẽ không khả thi.

Xử lý khí SO2 bằng bột đá vôi (CaCO3)

Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có.

Phương trình phản ứng như sau:

CaCO₃ + SO₂ = CaSO₃ +CO₂

2CaSO₃ + O₂ = 2 CaSO₄ (Phản ứng xảy ra chậm).

Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi:

Sữa vôi là dung dịch quá bão hoà của vôi (Ca(OH)₂) với nước (với hàm lượng vôi 100~110 g/lít). Khi phun vào tháp phun hay tháp đệm, khí SO₂ bị dung dịch hấp thụ và xảy ra phản ứng:

Ca(OH)₂ + SO₂ => CaSO₃ + H₂O

Sunfit canxi ít tan trong nước và bị oxi hoá dần thành sufat canxi, lắng xuống theo phản ứng:

2CaSO₃ + O₂ => 2CaSO₄

Quy trình này này đã được dùng thử ở nhiều nơi và là đối tượng nghiên cứu của đề tài do GS. TS.Trần Ngọc Chấn và TS Bùi Sỹ Lý tiến hành (1999~2000) trong tháp đệm. Đề tài này nghiên cứu trong chế độ khí nguội (trong điều kiện tự nhiên rất ít gặp). Nghiên cứu này chỉ ra : Chỉ có thể có hiệu quả hấp thu SO₂ trong khí thải cao (tới 98%) khi dùng tháp đệm có chiều dày lớp đệm h = 1m; Vận tốc trọng lượng dòng khí thải ~0.6 kg/m²s và hệ số phun nước vôi có pH = 9~10 là 2 kg/m³kk.

Tuy thế, các tài liệu tham khảo và thực tế sử dụng đã cảnh báo tính phức tạp trong sử dụng vì cặn vôi đóng cứng làm hư hỏng hệ thống và thiết bị vì lý do như sau:

Trong khói lò đốt ngoài khí SO₂ ra còn có CO₂ với hàm lượng cao. Lương khí này sẽ phản ứng với dung dịch nước vôi theo phản ứng sau:

Ca(OH)₂ + CO₂ => CaCO₃ + H₂O

Phản ứng không mong muốn này làm tiêu tốn thêm hoá chất trong hệ thống. Đồng thời, CaCO₃ sẽ lắng đọng trên bề mặt lớp đệm, làm dày lên và làm tắc lớp đệm. Chúng còn đóng trên hệ thống phun dung dịch làm tắc nghẽn hệ thống này.

Một cách khác là: Sữa vôi Ca(OH)₂ được hoà trộn và phun vào tháp sấy khô dùng khí thải từ lò đốt làm chất cấp nhiệt. Hạt dung dịch khô dần trong dòng khí thải, hấp thu khí SO₂ và được thu lại trong thiết bị thu bắt bụi sau buồng phun. Phương trình phản ứng giống như trên.

Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch Xút:

Có một vài ứng dụng trong nước dùng tháp phun kết hợp tháp đệm lọc SO₂ bằng dung dịch xút 0,5~ 1% thay cho dung dịch vôi với hệ số phun μ ≈ 3kg/kg đã cho kết quả: Hạ được nồng độ SO₂ trong khí thải lò đốt dầu F.O khoảng 85 ~ 90%. Phản ứng trong quá trình như sau:

NaOH + SO₂ =NaHSO₃

NaOH + NaHSO₃ = Na₂SO₃ +H₂O

Dung dịch này tránh được nhược điểm của dùng vôi là ít bị nghẹt hệ thống phun dung dịch và chỉ hấp thu SO₂ . Phản ứng phụ của xút với CO₂ nếu có xảy ra thì một phần của cacbonat natri được hình thành sẽ phản ứng với khí SO₂ để tạo thành sunfit và bisunfit natri:

NaOH + H₂CO₃ = NaHCO₃ + H₂O

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

Na₂CO₃ + SO₂ = Na₂SO₃ +CO₂

NaHCO₃ + SO₂ = NaHSO₃ + CO₂

Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NaHSO₃

Tuy vậy hệ thống này tiêu tốn nhiều xút ; Còn đòi hỏi khí thải phải được làm nguội trước khi xử lý và trên thực tế nước thải đã không được xử lý khi thải bỏ, vì nếu cộng thêm phần xử lý nước thì giá thành hệ thống rất cao. Ngoài ra hệ thống này cần làm bằng vật liệu chịu được môi trường kiềm cao như INOX; COMPOSITE…

Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sođa:

Có thể thay dung dịch NaOH bằng dung dịch SÔDA để hấp thụ khí SO₂ . Phản ứng xảy ra như sau:

Na₂CO₃ + SO₂ => Na₂SO₃ +CO₂

Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O = >2NaHSO₃

Natri bisunfit có thể lấy ra khỏi nước bằng cách cho phản ứng với oxit kẽm :

NaHSO₃ + ZnO => ZnSO₃ + NaOH

Sunfit kẽm không hoà tan nên lấy ra khỏi dung dịch trong các thùng lắng.

Hấp thụ khí NOX bằng nước:

Khí thải có chứa NO_X nồng độ thấp thường được xử lý bằng phương pháp dùng nước để rửa khí trong các thiết bị như tháp phun, tháp đệm, tháp bọt...

Phương trình phản ứng như sau:

2NO₂ (Hay N₂O₄) + H₂O = HNO₃ + HNO₂

2HNO₂ →NO + NO₂ (hay ½ N₂O₄) +H₂O

NO + ½ O₂ → NO₂

2NO₂ → N₂O₄

Trong thiết bị lọc khí, vận tốc khí trong tháp đệm lấy bằng 0,6 m/s; chiều cao lớp đệm bằng khâu thuỷ tinh đường kính 6 mm khoảng 120mm; Cường độ tưới μ = 10~25 lít/m³không khí, hiệu quả của quá trình chỉ đạt < 50%.

Phương pháp xử lý khí clo bằng sữa vôi:

Sữa vôi là huyền phù Ca(OH)₂ có dư vôi với hàm lượng vôi 100~110 g/lít. Khí thải sau khi được làm nguội đến 700C đi vào tháp phun hay tháp đệm, tại đây các khí clo, HCl và CO₂ bị sữa vôi hấp thụ và làm nguội đến 30-40^OC trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Phương trình phản ứng như sau:

2Ca(OH)₂ + 2CL₂ = Ca(OCL)₂ + CaCL₂ + 2H₂O.

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Ca(OH)₂ + HCL = CaCL₂ + 2H₂O.

Ưu điểm của phưng pháp này là hiệu quả cao (80-90%), đơn giản, nguyên liệu sẵn có và rẻ tiền. Nhược điểm của phương pháp là sự hình thành canxi hypoclorit đòi hỏi phải xử lý trước khi thải ra hệ thống thoát nước và tiêu hao nhiều sữa vôi, nhất là khi trong khí thải có chứa CO₂.

QUY TRÌNH HẤP PHỤ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

CHẤT HẤP PHỤ

Có một vài loại chất rắn có cấu tạo dạng hạt trên mỗi hạt có chứa vô cùng nhiều các lỗ nhỏ li ti có khả năng hấp phụ, bắt giữ mà không có phản ứng hóa học gì với khí độc. Các khí độc này có thể được nhả ra trong một điều kiện nhất định .Các chất rắn đó được gọi là chất hấp phụ .Trong thực tế thường xử dụng than hoạt tính, kaolin hoạt hóa, geolit, silicagen…Phương pháp này được dùng chủ yếu để hấp phụ các hơi khí có mùi, các hơi dung môi hữu cơ…Hiệu quả của phương pháp này có thể đạt tới 90 ~ 98%.

Sau một thời gian, chất hấp phụ bị no, tức là nó không thể hấp phụ thêm khí độc nữa, người ta có thể đổ bỏ cùng rác thải hay hoàn nguyên lại chất hấp phụ. Khí độc bay ra từ quá trình hoàn nguyên thường có nồng độ rất cao nên người ta hay sử dụng phương pháp đốt để khử khí độc trước khi thải hay đưa qua các công đoạn tái chế khác.

Bảng sau đây cho khă năng hấp phụ tối đa một số chất của than hoạt tính.

Source: P.C. Wankat, 1990, Rate-controlled separations (London: Elsevier).

Khi trong khí thải có lẫn bụi thì buộc phải lọc sạch rất tinh khí thải trước khi đưa qua thiết bị hấp phụ để không làm giảm tuổi thọ của chất hấp phụ.

THIẾT BỊ HẤP PHỤ

Thiết bị hấp phụ hơi khí độc trong khí thải có cấu tạo như thiết bị lọc bụi bằng vật liệu rỗng. Tùy theo nồng độ của hơi khí độc mà người ta cấu tạo lớp vật liệu hấp phụ dày hay mỏng và tùy theo cấu tạo hạt của vật liệu lọc mà chọn tốc độ dòng khí đi qua lớp vật liệu sao cho sức cản không khí không quá cao và hiệu quả lọc hơi độc phải đạt yêu cầu đề ra.

Với cỡ hạt của vật liệu hấp phụ là 1 - 3 mm hình cầu hay trụ thì tốc độ lọc nên chọn 0,5 - 1,5 m/s. Tốc độ lọc nên giảm nhỏ khi nồng độ chất độc cao trong khí thải. Trở lực không khí của thiết bị khoảng 60~80kg/m2 cho mỗi 100 mm chiều dày lớp hấp phụ.

HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG THAN HOẠT TÍNH

Khi thải đi vào tháp hấp phụ nhiều tầng than hoạt tính, tại đây khí SO₂ bị giữ lại trong các lớp than hoạt tính, sau đó thải ra môi trường bên ngoài. Than hoạt tính sau khi bão hoà khí SO₂ chảy xuống thùng chứa và đưa về tháp hoàn nguyên . Đây là phương pháp có sơ đồ hệ thống đơn giản, có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO₂ liên tục hay gián đoạn và ở nhiệt độ cao. Nhược điểm của phương pháp là tuỳ thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm khí SO₂ thu hồi có nồng độ thấp và tận dụng khó khăn.

HẤP PHU KHÍ NOX BẰNG SILICAGEL, ALUMOGEL, THAN HOẠT TÍNH

Khí thải có chứa 1 -1,5% NO_X có thể được xử lý bằng các chất hấp phụ như silicagel, alumogel, than hoạt tính... Nhược điểm của phương pháp này là khả năng hấp phụ NO_X của các chất rắn trên thấp nên phải sử dụng hệ thống hấp phụ nhiều tầng, dẫn đến tiêu hao năng lượng lớn để thắng sức cản của hệ thống. Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng thu hồi NO₂ nồng độ cao để điều chế axit nitric sử dụng cho các mục đích khác nhau trong công nghiệp.

XỬ LÝ KHÍ Ô NHIỄM BẰNG THIÊU ĐỐT

QUY TRÌNH

Đây là quá trình đơn giản nhất để phân hủy các chất hữu cơ có thể cháy được dựa vào phản ứng với ôxi trong không khí và phát sinh nhiệt (phản ứng cháy).

Điều kiện để phản ứng cháy xảy ra liên tục là:

- Nồng độ chất cháy nằm trong khoảng cháy được.

- Nồng độ oxi trong hỗn hợp đủ cho phản ứng cháy.

- Có ngọn lửa mồi hay có nhiệt độ đủ cao.

Trong trường hợp không đủ 3 điều kiện trên (và thường gặp là nồng độ chất cháy không đủ lớn) thì quá trình chỉ có thể tiến hành trong buồng đốt có phun nhiên liệu bổ xung.

Các phản ứng thường gặp là:

C + O₂ = CO₂ + nhiệt.

2H₂ + O₂ = 2H₂O + nhiệt.

2CO + O₂ = 2CO₂ + nhiệt.

S + O₂ = SO₂ + nhiệt.

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O + nhiệt.

2C₆H₆ (ben zen)+ 7O₂ = 12CO₂ + 6H₂O + nhiệt.

THIẾT BỊ

a- Đốt trong buồng đốt.

Quy trình này bao gồm đưa hỗn hợp khí thải và không khí qua buồng đốt để nâng nhiệt độ khối khí lên tới 1100^oC bằng ngỏn lửa trần. Thời gian lưu khí thải trong buồng đốt là 2 giây. Ở nhiệt độ này, phần lớn các hợp chất hữu cơ phức tạp bị phân rã và xảy ra các phản ứng oxy hóa gốc C và hyđrô với ôxy trong không khí, và sản phẩm sau cùng là CO₂ và hơi nước. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng hay qua bộ thu hồi nhiệt. Quy trình này thường được dùng để xử lý chất độc hại sinh ra từ quá trình thiêu đốt chất thải rắn, rác thải nguy hại trong buồng đốt.

Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có thu hồi nhiệt.

Thời gian gần đây có phát triển các quá trình đốt có chất xúc tác nhằm làm giảm nhiệt độ buồng đốt, tiết kiệm năng lượng. Tuy vậy, mỗi loại chất xúc tác chỉ có tác dụng với một vài loại khí nhất định. Hiện nay, thịnh hành nhất là chất xúc tác xử lý chất hữu cơ trong khí thải.

Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có dùng xúc tác.

Đốt trên mỏ đốt ngoài.

Khi nồng độ chất cháy được nằm trên giới hạn cháy và có nhiệt lượng trong khoảng 3.150 ~ 3.350 kg/m³, người ta dùng mỏ đốt ngoài đốt trực tiếp khí thải trong không khí. Phương pháp này thường được dùng để đốt bỏ khí đồng hành trong khai thác dầu thô.

PHÁT TÁN KHÍ Ô NHIỄM

Trong khí thải có chứa chất ô nhiễm không khí nằm trong tiêu chuẩn cho phép thải vào không khí nhưng vượt xa tiêu chuẩn cho phép trong môi trường. Vì thế phải dùng khả năng phát tán, hoà loãng của môi trường không khí để thải khí thải vào môi trường nhưng không làm ô nhiễm môi trường.

PHÂN LOẠI NGUỒN THẢI

- Nguồn thải thấp – thải trong bóng khí động của ngôi nhà.

- Nguồn thải cao – thải trên bóng khí động của ngôi nhà.

- Nguồn thải điểm – Kích thước nhỏ trong không gian.

- Nguồn thải đường – Nguồn thải có kích thước dài trong không gian.

- Nguồn thải diện – nguồn thải là một vùng trên mặt đất.

KHÁI NIỆM VỀ BÓNG KHÍ ĐỘNG

Khi có một luồng gió di chuyển song song với mặt đất và va vào tường chắn vuông góc với chiều gió. Ở mặt trước tường, không khí bị dồn nén lại làm tăng áp suất tỉnh của không khí tại đó. Ap suất tĩnh này có xu hướng đẩy dòng gió lên cao. Mặt sau bức tường do gió bị cản lại làm áp suất tĩnh giảm xuống. Kết quả là một vùng xoáy quẩn xuất hiện sau tường chắn, kéo dài theo chiều gió tới một khoảng cách nào đó trên mặt đất ,tại đó gió mới lấy lại được vận tốc và hướng cũ. Vùng xoáy quẩn này được gọi là vùng bóng rợp khí động của tường chắn.

Qua nghiên cứu, người ta đã xác định được bóng rợp khí động của tường chắn có chiều cao h như hình vẽ sau:

Trong vùng bóng khí động, tốc độ di chuyển của gió rất nhỏ không khí trao đổi với không khí vùng xung quanh kém dễ gây các hiện tượng tích tụ chất ô nhiễm.

Đối với nhà cửa đứng độc lập do có các ô văng, lỗ cửa thông gió nên quy luật của bóng rợp khí động có phần nào thay đổi theo xu hướng giảm chiều cao và chiều xa của vùng bóng rợp khí động.

Khi có nhiều công trình nối tiếp nhau theo chiều gió, công trình phía trước sẽ ảnh hưởng đến công trình phía sau. Quy luật của bóng rợp khí động cũng sẽ đổi khác.

Để xác định đúng bóng rợp khí động của nhà, người ta làm mô hình và xem xét trong ống khí động hay máng thủy lực.

Sau đây là một vài trường hợp đơn giản đã được nghiên cứu:

- Nhà đứng độc lập có chiều ngang hẹp.

Nhà được coi là được đứng độc lập nếu phía đầu gió của ngôi nhà, công trình cao nhất có khoảng cách tới nó tối thiểu là 8 tới 10 lần chiều cao. Phía dưới gió của ngôi nhà khoảng 8 đến 10 lần chiều cao nhà không có ngôi nhà nào kế cận.

Nhà được xem có chiều ngang hẹp khi chiều ngang nhà nhỏ hơn hoặc bằng 2.5 chiều cao. Khi đó bóng khí động của ngôi nhà có chiều cao 1.8h và chiều dài 6h phía sau và trên ngôi nhà.(hình a)

- Nhà đứng độc lập có chiều ngang rộng.

Khi chiều ngang b lớn hơn 2.5h. Bóng khí động của nhà gồm hai khu vực như hình vẽ.

Nhà đứng gần nhau, gió thổi vào khu nhà thì không gian giữa hai dãy nhà sẽ có vùng gió quẫn. Nếu nhà đầu gió có chiều ngang hẹp thì vùng gió quẫn có chiều dài 8h. Nếu nhà rộng thì một phần mái nhà không nằm trong vùng quẫn gió.

TÍNH TOÁN NGUỒN ĐIỂM THẢI CAO

Sử dụng trang bảng tính sẵn trong EXCEL theo mô hình GAUSS.

Dạng công thức phổ biến nhất mà Sutton và Passquill đưa ra là:

Khi xác định nồng độ chất ô nhiễm gần mặt đất thì xem z = 0. Khi đó ta có:

Trong đó:

C - Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí có tọa độ x,y,z.

σy﹐σz - Hệ số khuếch tán rối theo các phương y,z tương ứng với sai phương chuẩn của hàm phân phối Gauss.

u - Vận tốc gió.

Tốc độ gió u: Gió thường có trị số tốc dộ u thay đổi theo chiều cao.Người ta biểu diễn thay đổi đó bằng biểu thức:

Trong đó : u₀ và u₁ tốc độ gió ở 2 điểm khác cao độ.

z_o và z₁ độ cao ở 2 điểm.

p – Số mũ.

Cho mặt đất bằng phẳng hay trên mặt nước lớn , hệ số p trong bảng được nhân thêm hệ số 0.56 cho mọi cấp ổn định của khí quyển.

Hệ số p cho mặt đất gồ ghề :

H - Chiều cao hiệu quả của ống khói.

H = H_t + Δ_h. (m)

Theo BRIGG (1972) kiến nghị, Δh tính như sau:

Khi cấp ổn định của khí quyển là A ~ D :

Xf =120F 0,4 nếu F ≥ 55 m⁴/s³

Xf =50F 5/8 nếu F ≤ 55 m⁴/s³

g – Gia tốc trọng trường ( m/s² ).

r – Bán kính ống thải ( m ).

Vs – Vận tốc khí thải qua miệng ống ( m/s ) .

u – Tốc độ gió ở miệng ống thải ( m/s ).

Tk – Nhiệt độ khí thải ( ^OK ).

Tx – Nhiệt độ không khí xung quanh thải ( ^OK ).

Khi cấp ổn định của khí quyển là E ~ F :

r – Độ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ( = 0,01 ^OC/m )

b- Sử dụng trang bảng tính sẵn trong EXCEL theo mô hình BERLIAND và các cộng sự.

Nồng độ cực đại Cm trên mặt đất dưới hướng gió của ống thải đơn ( Trục X ):

Cho nguồn nóng có Δt > 0 f < 100 m/s².^OC

Cho nguồn nguội , khi Δt ≤ 0 f > 100 m/s².⁰C

Trong đó:

A – Hệ số điạ lý khu vực. A = 240

M – Lượng chất ô nhiễm thải g/s

F – Hệ số F=1 Khi thải chất ô nhiễm là khí

F=2 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch không dưới 90%.

F=2,5 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch 75~90%.

F=3 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch 75%.

H – Chiều cao ống thải m

D – Đường kính miệng ống thải m

L – Lưu lượng khí thải m³/s

Δt – Chệnh lệch nhiệt độ khí thải . ^OC

m – Hệ số không thứ nguyên .

n – Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào vm .

Cho nguồn nóng có Δt > 0 f < 100 m/s².^OC

Cho nguồn nguội , khi Δt ≤ 0 f > 100 m/s².⁰C

Vs – Tốc độ khí thải tại miệng ống thải. m/s

Khi Vm ≤ 0,3 n = 3

Khi 0,3  Vm  2

Khi Vm  2 n = 1

Nồng độ chất ô nhiễm trên trục X :

C_X = S₁ x C_m mg/m³

Nồng độ chất ô nhiễm trên trục Y :

C_y = S₂ x C_x mg/m³

S₁ - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục X so với nồng độ cực đại.Cm .Tra biểu đồ theo F và X/X_m.

S₂ - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục Y so với nồng độ cực đại.Cm .Tra biểu đồ theo u( Y/X_m).

u – Tốc độ gió tính toán. m/s

Khoảng cách xuất hiện Cm kể từ chân ống thải :

Cho khí thải :

X_m = d_O x H m

Trong đó do – Hệ số. Tra đồ thị theo Vm và f. [ ].

Trong đó: cho nguồn nóng f <100:

$V_{\text{m<span class="Apple-converted-space"> </span>}}\le {\text{2 d}}_0=\mathrm{4,}\text{95}\times \text{Vm}\times (1+\mathrm{0,}\text{28}\times \sqrt[3]{f})$ size 12{V rSub { size 8{"m "} } <= "2 d" rSub { size 8{0} } =4,"95" times ital "Vm" times \( 1+0,"28" times nroot { size 8{3} } {f} ` \) ``````````````````````} {}Vm ≤ 2

Vm  2

Cho nguồn nguội f =>100

Vận tốc gió nguy hiểm:

Chất ô nhiễm được khuyếch tán rộng là nhờ gió. Nhưng gió càng lớn càng làm giảm sự khuyếch tán theo chiều đứng của luồng khí thải. Luồng càng sớm tiếp xúc với mặt đất. Các nghiên cứu cho thấy tồn tại một tốc độ gió nguy hiểm Um làm xuất hiện nồng độ chất ô nhiễm cực đại trên mặt đất. Um được xác định như sau:

Khi Vm ≤ 0,5 Um = 0,5

Khi Vm = 0,5 ~ 2 Um = Vm

Khi Vm  2

Trong cách tính này hệ số f được tính như sau :

Với phương pháp này , ta có thể tính được lượng chất ô nhiễm cực đại cho phép thải ra từ một ống thải cho trước bằng cách thay [ C ] vào biểu thức (24) và (25) để xác định lượng M cho phép.

Cả hai phương pháp tính này được dùng cho ống thải cao của nguồn đơn và nồng độ chất ô nhiễm ban đầu không có. Nếu trước gió có nguồn thải cao khác có khả năng ảnh hưởng tới khu vực đang xét thì phải tính cộng ảnh hưởng của hai nguồn thải.