Bài giảng Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí

93 trang huongle 4170

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_kiem_soat_o_nhiem_moi_truong_khong_khi.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí

Bài giảng Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí Biên tập bởi: Vien CNTT – DHQG Hanoi
Bài giảng Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí Biên tập bởi: Vien CNTT – DHQG Hanoi Các tác giả: Vien CNTT – DHQG Hanoi Phiên bản trực tuyến:
MỤC LỤC 1. Không khí và môi trường-Khái niệm chung 2. Không khí 3. Khí quyển và các yếu tố khí hậu 4. Các chất gây ô nhiễm MTKK và tác hại 5. Các loại nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí 6. Kiểm toán nguồn thải 7. Đo đạc chất ô nhiễm trong ống thải 8. Chuyển đổi vật chất trong môi trường không khí 9. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển 10. Phương pháp tính toán sự khuếch tán chất ô nhiễm trong môi trường không khí 11. Biện pháp cải tiến công nghệ 12. Thiết lập hệ thống thu bắt chất ô nhiễm tại nguồn 13. Lọc bụi khí thải 14. Lọc khí độc trong khí thải 15. Kiểm soát ô nhiễm tiếng ồn 16. Tài liệu tham khảo Tham gia đóng góp 1/91
Không khí và môi trường-Khái niệm chung môi trưỜng : là tập hợp tất cả các thành phần vật chất bao quanh sự vật có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật, vật thể hay sự kiện. Môi trường sống của con người là tổng hợp các yếu tố vật lý hóa học, kinh tế, xã hội bao quanh có ảnh hưởng tới sự sống và phát triển của từng cá nhân và của từng cộng đồng. Môi trường sống của loài người là tất cả những gì có và đang diễn ra trong vũ trụ và thái dương hệ. Môi trường sống của con người được chia theo mục đích và nội dung nghiên cứu thành: -Môi trường thiên nhiên: bao gồm các yếu tố thiên nhiên như: vật lý, hóa học (được gọi chung là môi trường vật lý) và sinh học tồn tại khách quan, ít chịu sự chi phối của con người. -Môi trường xã hội: gồm các mối quan hệ tương tác giữa con người và con người. -Môi trường nhân tạo: gồm các yếu tố vật lý, hóa học, xã hội do con người tạo ra và chịu sự chi phối của con người. Các thành phần của môi trường luôn tồn tại ở dạng vận động, chuyển hóa trong tự nhiên, diễn ra theo chu trình và thường ở dạng cân bằng. Sự cân bằng này đã đảm bảo cho sự sống phát triển ổn định. Khi bị mất cân bằng do xảy ra các sự cố ,môi trường sống sẽ vận động và tạo lập sự cân bằng mới.Điều đó sẽ tác động tới con người và sinh vật ở phạm vi toàn cầu hay từng khu vực. Trong môi trường thiên nhiên, trái đất là bộ phận ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất tới con người. Về mặt vật lý trái đất được phân chia thành: -Môi trường đất (Thạch quyển) bao gồm lớp đất sâu chừng 60 ? 80 km trên lục địa và 2 ? 8 km trên đáy đại dương. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của nó tương đối ổn định và có ảnh hưởng lớn đến sự sống. -Môi trường nước (Thủy quyển) là phần nước của vỏ trái đất bao gồm biển - hồ - sông - suối - nước ngầm và băng tuyết. -Khí quyển (môi trường khí) là lớp không khí trên bề mặt trái đất. SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG là các tai biến hay rủi ro do biến đổi bất thường của thiên nhiên hay do quá trình hoạt động của con người làm suy thoái môi trường nghiêm trọng. 2/91
Ô nhiỄm môi trưỜng là sụ biến đối môi trường theo hướng bất lợi cho cuộc sống của con người và hệ sinh quyển. Mà sự ô nhiễm đó chính do hoạt động của con người gây ra với quy mô, phương thức và mức độ khác nhau, trực tiếp hay gián tiếp tác động làm thay đổi mô hình, thành phần hóa học, tính chất vật lý và sinh học của môi trường. Bụi: là tổng các phần tử chất rắn khuếch tán trong không khí do bị cuốn vào, bị tung vào ( ví dụ như do mài, đổ đất cát ) Tùy theo bản chất hóa học và kích thước mà hạt bụi có thể tồn tại lâu trong không khí hay bị hắt ra khỏi dòng không khí. Thông thường, các hạt bụi có kích thước ≤ 10 μm khuếch tán trong không khí theo chuyển động Brao hay lắng với vận tốc đều xuống đất nên được gọi là bụi bay, bụi lơ lửng những hạt có kích thước > 10 μm lắng có gia tốc trong không khí nên còn gọi là bụi lắng. Những hạt bụi cực nhỏ bắt nguồn từ sự ngưng kết hơi vật liệu hay bay lên từ các phán ửng hóa học còn được gọi là fumes (mù). -Sương: là tổng hợp các giọt chất lỏng phân tán trong không khí khi ngưng hơi chất lỏng hay chất lỏng bị phun, bị cuốn vào không khí. -Khói: bao gồm các hạt vô cùng nhỏ cácbon hay mồ hóng, hình thành do quá trình cháy không hết nhiên liệu như dầu mỏ, than cốc khói chứa các giọt cũng như các hạt khô. -Hơi: là dạng khí từ các chất mà bình thường chúng ở dạng rắn hay lỏng. Chúng hòa trôn hoàn toàn với không khí và có thể trở thành hỗn hợp gây nổ. -Khí: lànhững chất dạng khí hòa trộn vào không khí. Chúng có thể trở về trạng thái rắn hay lỏng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nào đó. -Phần tử sống: là tổng hợp các cơ thể sống phân tán trong không khí như vi khuẩn, bào tử nấm 3/91
Không khí Nhân loại hàng ngày sống và làm việc trong bầu không khí bao quanh mình. Do vậy luôn luôn có một tác động qua lại giữa bầu không khí và con người ví dụ như: trao đổi Oxy và Cacbonic; trao đổi nhiệt; làm phát sinh bụi và hơi độc Thành phần hóa học: Không khí trong tự nhiên là một hỗn hợp bao gồm các thành phần hóa học sau: Bảng 1-1: Thành phần hóa học của không khí khô: Hỗn hợp của không khí khô và hơi nước tạo thành không khí ẩm. Thông số vật lý của không khí ẩm: a. Nhiệt độ: là thông số chỉ mức độ nóng lạnh của không khí. Nó được đo trên nhiệt kế và biểu thị trên 2 đơn vị đo thường gặp là độ bách phân và độ 0F. trong tính toán kỹ thuật, nó còn được tính bằng độ tuyệt đối 0K. Nhiệt độ không khí xung quanh biến thiên liên tục theo thời gian do sự thay đổi của các yếu tố khí hậu và sự hoạt động của con người. Đây cũng là thông số được đo và ghi nhận liên tục ở các trạm quan trắc khí tượng. Cần nhận biết một vài loại nhiệt độ sau: -Nhiệt độ khô của không khí là nhiệt độ đo được bằng nhiệt kế đặt trực tiếp trong không khí có được che chắn kỹ khỏi các nguồn bức xạ. -Nhiệt độ ướt của không khí ẩm là nhiệt độ đo được bằng nhiệt kế có bầu được bao quanh một lớp gạc mỏng tẩm ướt nước. -Nhiệt độ bức xạ là nhiệt độ đo bằng nhiệt kế mà bầu của nó đặt trong tâm của quả cầu kín bằng đồng được nhuộm đen mặt ngoài. Còn gọi là nhiệt kế cầu đen. b. Độ ẩm: 4/91
-Độ ẩm tuyệt đối: là thông số chỉ lượng hơi nước trong 1 m3 không khí. Nó là một đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và phân áp suất hơi nước Pn (mm Hg) Trong đó : f – Độ ẩm tuyệt đối g/m3 t- nhiệt độ khối không khí 0C. -Dung ẩm: là trọng lượng hơi nước chứa trong khối không khí có phần khô là 1 kg. ( 2 ) G = 1 kg. Trọng lượng khối khí khô = 1 kg. W- lượng hơi ẩm g. Pn- Áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm. Pk- Áp suất riêng phần của không khí khô trong không khí ẩm. P = Pn + Pk - Áp suất khí quyển tại vị trí khảo sát. -Độ ẩm tương đối: Không khí ẩm trong một điều kiện nhất định về áp suất và nhiệt độ chỉ chứa được tối đa một lượng hơi ẩm nhất định. Khi quá lượng đó, hơi nước sẽ ngưng tụ thành giọt. Đó là trạng thái bảo hòa hơi nước của không khí ẩm. Trong cùng một áp suất, ứng với mỗi nhiệt độ, ta có một áp suất riêng phần bão hòa của hơi nước trong khối không khí ẩm. Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ lệ giữa áp suất riêng phần của hơi nước trong khí ẩm và áp suất riêng phần của hơi nước khi khối khí đã bão hòa ở cùng một nhiệt độ. 5/91
% (3) Ta có mối quan hệ giữa dung ẩm và độ ẩm tương đối. g/kg (4) c. Trọng lượng riêng của không khí ẩm: là trọng lượng của một khối khí ẩm có thể tích là 1 đơn vị. (5) Kg/m3 Trong đó : ?kk Trọng lượng riêng của không khí khô. Qua đây ta thấy rằng: trong cùng một nhiệt độ và áp suất trọng lượng riêng của không khí ẩm nhỏ hơn trọng lượng riêng của không khí khô. (6) kg/m3 d. Nhiệt dung của không khí ẩm: là lượng nhiệt chứa trong một khối khí ẩm có phần khô là 1 kg. Kcal/kg (7) Biểu đồ I-d hay tk tu của không khí ẩm: Trên H-1 là biểu đồ I-d của không khí ẩm ở áp suất khí quyển 760 mm Hg . Biểu đồ biểu thị quan hệ của các thông số cơ bản của không khí ẩm như : t , d , I , Phn , φ. Trên biểu đồ có các họ đường: 6/91
Trên hình vẽ H-1 biểu diễn các quá trình biến đổi trạng thái không khí theo các chiều hướng : AB-làm mát đoạn nhiệt AC-Sấy nóng đoạn nhiệt AD- làm lạnh đẳng dung ẩm AE-Sấy nóng đẳng dung ẩm Góc I – Làm nóng+làm ẩm Góc II – Làm lạnh + làm ẩm Góc III – Làm lạnh + làm khô Góc IV – Làm nóng + làm ẩm ts – Nhiệt độ điểm sương tu – nhiệt độ đoạn nhiệt 7/91
Khí quyển và các yếu tố khí hậu Khí quyển: Bầu không khí bao quanh trái đất được gọi là khí quyển. Nó có chiều dày ước khỏang 120 ? 140 km và càng lên cao không khí càng loãng. Có thể chia khí quyển làm 4 tầng theo chiều cao: -Sát mặt đất là tầng đối lưu có chiều cao khoảng 10 ? 12 km là giới hạn phạm vi của các hiện tượng thời tiết như mây, mưa, bão, gió -Tầng bình lưu nằm trên tầng đối lưu, có giới hạn ở độ cao khoảng 50 km. -Tầng trung gian nằm trên tầng bình lưu và giới hạn ở độ cao khoảng 90 km. -Tầng nhiệt nằm trên tầng điện ly và lớp ngoài cùng. Hình H-2 cho thấy biến thiên nhiệt độ dọc theo chiều cao khí quyển. Một đặc điểm của bầu khí quyển là khả năng ngăn cản và cho qua rất khác nhau các loại tia bức xạ mặt trời. Trên hình H-3 cho thấy các tia bức xạ mặt trời có bước sóng từ tia gamma 10-7 μm tới bức xạ Radio 108 μm thì chỉ có một nhóm nhỏ các tia tử ngoại, toàn bộ ánh sáng nhìn thấy và 1 phần tia tử ngoại là tới được trái đất. Trên vùng bức xạ Radio cũng chỉ có một khoảng hẹp các tia có thể xuyên qua được tới mặt đất. Số lượng lớn các tia bức xạ mặt trời bị hấp thu, phản xạ trong tầng điện ly và một phần trong tầng bình lưu. 8/91
Các yếu tố khí hậu: Mặt trời và bức xạ mặt trời: Mặt trời là một khối khí nóng khổng lồ có nhiệt độ khoảng 6.0000K luôn phát năng lượng ra xung quanh dưới dạng các tia bức xạ ở các dải sóng khác nhau. Trong thái dương hệ, mặt trời được xem là đứng yên và trái đất quay quanh mặt trời với chu kỳ 1 vòng và 1 năm. Song song đó, trái đất tự quay quanh trục của mình với chu kỳ 1 ngày 1 vòng. Trục của trái đất nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo một góc 66033'. Điều này khiến cho lượng bức xạ mặt trời chiếu tới trái đất không đều theo các chu kỳ thời gian ngày và năm.Gọi góc giữa tia mặt trời và mặt phẳng xích đạo là góc xích độ δ thì góc δ thay đổi từ 2302 Bắc tới 2302 Nam theo chu kỳ 1 năm ứng với các vị trí của trái đất trên đường hoàng đạo. Chúng ta coi ngày góc δ = 0 là ngày xuân phân và thu phân và ngày có góc δ = 2302 Bắc là ngày hạ chí và δ = 2302 Nam là ngày đông chí. Từ một điểm ở nam bán cầu thì hai ngày hạ chí và đông chí đổi vị trí cho nhau. Do tại các thời điểm trong ngày và năm, góc của tia bức xạ mặt trời với mặt phẳng ngang khác nhau và khoảng cách từ một điểm tới mặt trời khác nhau nên lượng bức xạ mặt trời liên tục có sự thay đổi. Người ta thường đo bức xạ mặt trời thông qua đơn vị cường độ bức xạ mặt trời. 9/91
Cường độ bức xạ mặt trời là lượng bức xạ gửi tới 1 đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. Thường được dùng là Kcal/cm2 hay Wat/m2. Bức xạ mặt trời chiếu tới trái đất có bước sóng trong khoảng λ = 0,17 tới 4 μm, tập trung nhất trong khoảng từ 0,4 ? 1 μm. trong đó 50% năng lượng nằm trong phổ ánh sáng nhìn thấy ( 0,38 ? 0,76 μm); 43% trong phổ hồng ngoại (< 0,76 μm) và còn lại trong phổ tử ngoại. Trong quá trình xuyên qua khí quyển, 1 phần năng lượng các tia bức xạ mặt trời bị các chất khí hấp thụ, một phần khác bị mây phản xạ. Phần năng lượng bị khí quyển hấp thu sẽ phát ra bức xạ thứ cấp, bức xạ này cùng với phần phản xạ của mây chiếu xuống trái đất tạo thành tán xạ của bầu trời. Phần bức xạ mặt trời chiếu được xuống mặt đất được gọi là trực xạ. Do vậy tổng lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống trái đất I là tổng của 2 thành phần: trực xạ S và tán xạ D. I = S + D ( 8 ) Tổng lượng bức xạ mặt trời là thông số được các trạm quan trắc khí tượng đo thường xuyên và liên tục trên mặt phẳng ngang song song với mặt đất. Nước việt nam nằm trải dài từ 22022' Bắc tới 8020' Bắc và đều nằm gọn trong nội chí tuyến Bắc nên cả nước có số giờ nắng trong ngày cao; ngắn nhất là 10h30' và dài nhất là 11h30'. Càng vào phía nam độ dài ngày càng kéo dài hơn. Trên mọi miền một năm có 2 lần mặt trời đi qua thiên đỉnh, khi đó tia nắng gần như chiếu thẳng góc với mặt đất. Cường độ bức xạ mặt trời cao nhất đạt tới 1,6 ? 1,8 Calo/cm2 phút. Lượng tán xạ rất lớn, chiếm tới hơn 50% tổng xạ mặt trời. Nguyên nhân là do trời mây nhiều và độ ẩm cao. Chỉ trong những ngày trời trong xanh lượng tán xạ mới giảm xuống 30 ? 40 %. Gió: Gió là hệ quả của hoạt động tương tác qua lại giữa các tâm cao áp và thấp áp trong bầu khí quyển. Các khối không khí dịch chuyển từ tâm cao áp sang tâm thấp áp tạo thành gió. Tùy thuộc vào địa hình và nhiệt độ vùng nó đi qua mà gió có mang hay không mang theo mây, mưa và dông. Gió được biểu thị bởi 3 đặc trưng cơ bản: -Hướng gió: chia thành 16 hướng từ 4 hướng cơ bản: Đông, tây, Nam, Bắc. -Tốc độ chuyển động: theo vận tốc chia thành các cấp. 10/91
-Tần suất là tỷ số giữa số lần xuất hiện gió trên hướng đó với số liệu toàn bộ quan trắc được. Bảng 1-1: Phân cấp gió. -Người ta quan trắc gió tại các trạm khí tượng và thể hiện trên Hoa Gió theo từng thời kỳ hay theo mùa. Chữ số giữa vòng là tần suất lặng gió. Chiều dài mỗi hướng là tần suất của hướng. Có thể có thêm cánh đuôi trên mỗi hướng với qui ước 1 đuôi = 1m/s chĩ tốc độ trung bình trên hướng đó trong khoảng thời gian quan trắc. -Thông thường gió đổi hường theo mùa và biến đổi tốc độ theo thời gian trong ngày. Ban đêm, gió gần mặt đất có tốc độ rất nhỏ và tăng dần khi mặt trời mọc và lớn nhất vào buổi trưa và sau đó giảm dần. Chỉ những ngày nhiều gió và ngày có trời mây u ám thì gió ít biến đổi. Bảng 1-2: Số liệu gió trạm tân sơn NHẤT - trung bình năm: TS- tần suất gió theo hướng % V – Tốc độ trung bình trên hướng m/s 11/91
Các chất gây ô nhiễm MTKK và tác hại Ôxit lưu huỳnh: Trong hai loại oxýt lưu huỳnh thì sunfurơ SO2 đáng được quan tâm hơn cả vì có số lượng lớn hơn nhiều so với anhyđric sunfuric: SO3. Hai loại khí này sinh ra nhiều nhất là do đốt than đá và sản phẩm dầu mỏ có chứa lưu huỳnh. SO2 là chất khí không màu, có vị hăng cay khí nồng độ trên 1ppm Khi khuếch tán trong khí quyển, SO2 bị oxi hóa thành SO3 hay muối sunfat, chúng sẽ tách khỏi không khí rơi xuống mặt đất theo nước mưa. Đây là nguyên nhân gây ra các trận mưa acide phá hoại thảm thực vật trên mặt đất gần các khu công nghiệp. Khi con người hít phải khí có nồng độ SOx cao, SOx sẽ hòa tan trong các nước bọt ở trong miệng, dịch ở màng phổi, tạo thành acide kích thích hệ hô hấp, gây tổn thương niêm mạc ở cơ quan hô hấp, tạo ra các chứng bệnh ở đường hô hấp. Các giọt nước mưa hòa tan SOx tạo các loại acide sẽ làm hư hỏng mùa màng, hư hỏng các công trình xây dựng do hòa tan CaCO3 trong kết cấu xây dựng. SOx là nguyên nhân chính gây ô nhiễm loại YOKKAICHI.( Tháng 6/1963 thành phố YOKAICHI bị ô nhiễm nặng bởi bụi , khí SOx , H2S làm số bệnh nhân bị ngộp thở , đau nhói ngực tăng cao bất bình thường). Dioxit cacbon: Cacbonic được sinh ra do sự hô hấp của động vật, do đốt nhiên liệu và do các hoạt động của núi lửa. Khi khuếch tán trong khí quyển, một phần CO2 được thực vật và nước biển hấp thu, một phần nhỏ theo nước mưa rơi xuống đất và phần còn lại sẽ tồn tại trong khí quyển. Khi nồng độ cacbonic qua cao sẽ gây ảnh hưởng cho môi trường. Hiện nay CO2 được xem là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng nhiệt độ không khí trên trái đất. Cacbon oxit CO: CO sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn nhiên liệu gốc cacbon như than, củi, dầu, khí đốt CO là khí không màu, không mùi, trong không khí CO bị oxi hóa chậm thành CO2. CO có khả năng hòa tan vào nước mưa và rơi xuống đất. 12/91
Sự nguy hại chủ yếu của CO cho con người và động vật là vì CO có ái lực rất mạnh với hồng cầu trong máu dẫn tới các tai biến gây tử vong vì thiếu ô xy trong máu. Hỗn hợp CO trong không khí ở nồng độ giới hạn sẽ trở thành hỗn hợp cháy nổ.CO là loại khí đặc biệt nguy hiểm cho các thiết bị lọc bụi tĩnh điện khi lọc khói lò nung hay khí thải lò đốt tích lũy trong không gian kín. NOx: Oxýt Nitơ có nhiều loại nhưng thường gặp nhất là NO và NO2. Chất khí này được hình thành khi Nitơ và oxy trong không khí kết hợp với nhau ở điều kiện nhiệt độ cao. Do vậy nó chỉ thường thấy ở các khu công nghiệp và đô thị lớn. Trong khí quyển, NO2 kết hợp với các gốc OH trong không khí để tạo thành HNO3. Khi trời mưa NO2 và các phân tử HNO3 theo nước mưa rơi xuống đất làm giảm độ PH của nước mưa. NOx và CO2 là nguyên nhân gây ra hiện tượng ô nhiễm kiểu los angeles: Là một kiểu ô nhiễm đặc trưng do khói thải xe hơi gây ra với cường độ lớn gặp lúc thời tiết không thuận lợi cho việc khuếch tán và rửa sạch chất ô nhiễm trong không khí.(Mùa hè năm 1951 . 400 người chết , nhiều ngàn người ngứa mắt do không khí ô nhiễm khói xe hơi thải ra tích tụ trên đường phố gặp khi thời tiết không thuận lợi cho khuyếch tán chất ô nhiễm.) Con người tiếp xúc lâu với NO2 ở 0.06 ppm sẽ gia tăng các bệnh về đường hô hấp. Người ta nhận biết được mùi của NO2 khi trong không khí có chứa NO2 với nồng độ lớn hơn hoặc bằng 0.12 ppm .Với nồng độ ở 5 ppm, NO2 gây tác hại cho bộ máy hô hấp sau vài phút và ở nồng độ từ 1.5 đến 50 ppm. NO2 sẽ gây nguy hại cho tim phổI trong vài giờ. Clo và HCl: Clo và HCl có nhiều ở xung quanh các nhà máy hóa chất đặc biệt là các phân xưởng sản xuất NaOH bằng cách điện phân muối ăn NaCl. Clo còn thấy ở các nhà máy sản xuất nhựa tái sinh , các lò đốt rác thải có chứa chất dẻo. Do Clo dễ hòa tan vào nước nên thường gây kích thích cho vùng trên của đường hô hấp khi nồng độ Clo trong không khí cao. Khi tiếp xúc với Clo ở nồng độ cao, người thường xanh xao, vàng vạch, nhiều bệnh tật, cây cối chậm phát triển hay dễ chết. Trên tầng cao khí quyển, gốc Clo trong hợp chất FREON được giải phóng sẽ làm tan rã các phân tử khí ô-dôn O3 , làm thủng lớp vỏ ô-dôn bảo vệ trái đất khỏi bức xạ tử ngoại. 13/91
Chì: Chì được dùng nhiều trong công nghiệp, người ta được biết tới 150 nghề và trên 400 quá trình công nghệ có sử dụng chì. Chì rất độc cho người và động vật. Chỉ với nồng độ 0.182 mg/lít không khí, đã đủ gây ngộ độc chì dẫn đến chết xúc vật sau 18h tiếp xúc. Chì trong không khí dưới dạng bụi nhỏ do các quá trình sản xuất gây ra. Hyđrô cacbon: Là tên gọi chung của các hợp chất hợp thành từ hyđrô và cacbon. Hyđrô cacbon trong không khí có nguồn gốc từ thiên nhiên do quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ, như mêtan, etylen, Trong không khí ở các thành phố và khu công nghiệp, hyđrô cacbon có trong không khí do khí thải của các lò đốt sản phẩm dầu mỏ, khí thải động cơ nổ, và còn do bay hơi của các sản phẩm dầu mỏ trong quá trình vận chuyển, tồn trữ và sử dụng. Các loại thường gặp là etylen, benden, xilen, toluen Tuỳ thuộc vào bản chất hoá học.HC tác hại khác nhau tới người , gia súc và thực vật trong môi trường có chứa HC. Bụi: Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 0,1μm không lưu lại trong hệ thống hô hấp của con người. Loại từ 1 đến 5μm sẽ bám dính vào phế nang phổi. Loại lớn hơn 5μm được đọng lại phần trên hệ hô hấp. Tùy theo bản chất hóa học bụi có các tác hại gây bệnh khác nhau. Thường ta gặp các nhóm: +Bụi gây nhiễm độc (chì, thủy ngân) +Bụi gây dị ứng (bụi bông gai, phấn hoa, lông thú vật, ) +Bụi gây nhiễm trùng. +Bụi gây xơ phổi: bụi than, aniăng, silíc, 14/91
Bụi còn gây tác hại tới máy móc, thiết bị, tăng độ hao mòn, tăng tốc độ ăn mòn kim loại trong không khí. 15/91
Các loại nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí Nguồn thải công nghiệp: Nền công nghiệp ở nước ta ngày ngày càng phát triển tạo ra nhiều sản phẩm hàng hóa cho xã hội. Các khu công nghiệp, các nhà máy mọc lên với số lượng nhiều, qui mô lớn làm thay đổi cả bộ mặt xã hội theo cả hai chiều tích cực và tiêu cực, trong đó phải kể đến vấn đề ô nhiễm môi trường. Hoạt động của công nghiệp tăng cao sẽ kéo theo việc tăng chất thải vào môi trường khí. Khi lượng chất thải đủ nhiều để phá vỡ chu trình cân bằng vật chất của môi trường, làm cho môi trường bị ô nhiễm. Nguồn thải gây ô nhiễm của các ngành công nghiệp gồm: Công nghiệp năng lượng: Công nghiệp năng lượng gồm 3 ngành chính: Điện - Than - Dầu khí Ngành điện: ngành điện của nước ta có cơ cấu các nhà máy phát điện là: - Thủy điện 66% là ngành không gây ô nhiễm môi trường khí nhưng tiềm ẩn khả năng biến đổi môi trường - sinh thái vùng hồ chứa nước và thủy vực vùng hạ lưu. -Nhiệt điện: 21% -Tuabin khí và điezen: 13% Các nhà máy nhiệt điện dùng than làm nhiên liệu có lượng tiêu hao than từ 0,4 ? 0,8 kg/ kwh. Nguồn cung cấp than là các mỏ than vùng đông bắc. Theo TS Phạm Ngọc Đăng: năm 1993 các nhà máy tiêu thụ gần 480.000 tấn than và thải ra khí quyển 6.713 tấn khí SO2; 2.724 tấn NOx; 277,9 × 103 tấn CO2 và 1491 tấn bụi. Đây là nguồn gây ô nhiễm rất lớn nhưng việc khắc phục còn rất khó khăn và tốn kém. Các nhà máy dùng dầu F.O làm nhiên liệu chủ yếu tập trung ở phía nam như Thủ đức - Cần thơ - Hiệp phước. Nguồn khí thải chủ yếu là CO và SOx do trong dầu F.O hàm lượng lưu huỳnh rất cao (tới 3%). Với các nhà máy dùng khí làm nhiên liệu thì nguồn gây ô nhiễm không khí chỉ là CO2, NO2. 16/91
Ngành khai thác than: Ngành khai thác than ít có nguy cơ trực tiếp gây ô nhiễm không khí, có chăng chỉ có nguồn phát sinh bụi từ các tuyến vận chuyển, phân loại than mà thôi. Ngành này tiềm ẩn khả năng làm biến đổi môi trường - sinh thái vùng khai thác do cây cối bị triệt phá, đất đá bị đào xới Ngành khai thác dầu khí: Nguồn phát thải chất ô nhiễm là việc đốt bỏ khí đồng hành và những sự cố dò rỉ khí đốt trên các tuyến vận chuyển, sử dụng. Công nghiệp hóa chất: 1.Hóa chất cơ bản: chúng ta ít có nhà máy sản xuất hóa chất cơ bản lớn , nhất là ở khu vực phía nam. Nhưng có một số nhà máy công nghiệp khác có theo dây chuyền sản xuất hóa chất xút - clo trên cơ sở điện phân muối ăn. Tại những cơ sở này, hơi Clo được thải bỏ tự do vào không khí là một nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Tùy theo các dạng sản phẩm làm ra mà các cơ sở sản xuất hóa chất cơ bản có chất thải làm ô nhiễm môi trường khí. Ví dụ: SO2 từ công nghệ sản xuất acide sunfuric; clo từ công nghệ điện phân muối ăn. 2. Phân hóa học: nguồn ô nhiễm lớn nhất tại các nhà máy phân hóa học là bụi, sau đó là hơi SO2 và fluo nếu là dây chuyền sản xuất super lân, hay NH3, CO2 nếu là sản xuất phân đạm. 3. Thuốc trừ sâu: các nhà máy thuốc trừ sâu ở nước ta có hai dạng chính là thuốc trừ sâu dạng lỏng và rắn. Ở các nhóm clo hữu cơ và lân hữu cơ là loại có độc tính cao. Trong quá trình pha chế, đóng gói thành phẩm, có hơi thuốc trừ sâu bay hơi vào không khí gây ô nhiễm môi trường khí. Ngoài ra phải kể tới bụi ở các dây chuyền sản xuất thuốc bột và hột bay vào môi trường không khí. Tuy khối lượng không nhiều nhưng khí thải của các xí nghiệp này rất độc hại nên cần đặc biệt chú ý. Công nghiệp luyện kim: Cả nước chỉ có một nhà máy luyện gang từ quặng sắt ở Thái nguyên, nhà máy này vừa luyện gang và luyện cốc, khí thải của nhà máy chứa nhiều CO, CO2, CyHx, SOx, NH3 và bụi Hiện nay nhà máy sản xuất với năng suất rất thấp. Thường gặp nhất là lò luyện thép Hồ quang ở cả miền nam và miền bắc. Khi hoạt động, lò luyện thường làm ô nhiễm khu xung quanh vì khói bụi của quá trình sản xuất. Trong khí thải của lò, lượng CO cho tới 15% – 20% (thể tích); H2 chiếm 0.5% - 35%.Tải lượng 17/91
bụi trung bình tính theo thành phẩm là 6-9Kg/tấn thép hay 3~10g/m3 khí thải. Thành phần chủ yếu của bụi là oxýt sắt, ngoài ra còn có oxít măng gan, canxi, ma nhê Đây đang là nguồn gây ô nhiễm đáng kể nhất ở các khu công nghiệp, chưa kể tới trong các nhà máy này còn có các lò nung đốt dầu FO thải ra môi trường các loại khí độc hại đặc trưng. Cùng ở dạng này ta còn gặp các lò sản xuất đất đèn, đá mài Cũng là loại lò nung dùng hồ quang điện. Chúng ta còn phải chú ý đến khí thải của hàng trăm cơ sở nấu đúc kim loại nằm trong khu vực dân cư .Các loại lò này thường dùng dầu FO và than đá làm nhiên liệu,nấu lại kim loại và phế liệu nên khói thải của các cơ sở thường làm ô nhiễm khu vực xung quanh. Công nghiệp vật liệu xây dựng: Sản xuất xi măng: Hiện chúng ta đang có rất nhiều nhà máy sản xuất xi măng. Bao gồm hai công nghệ chính là xi măng lò đứng công suất thấp, chất lượng thấp, sản xuất thô sơ và xi măng lò quay có công suất và chất lượng cao. Khí thải từ lò nung xi măng có hàm lượng bụi, CO, CO2, Fluor rất cao và cỏ khả năng gây ô nhiễm nếu không được kiểm soát tốt. Hiện tại, vấn đề ô nhiễm môi trường do bụi và khói ở một vài nhà máy xi măng vẫn đang chưa được giải quyết. Sản xuất gạch đất nung: Tại các cơ sở công nghiệp lớn, gạch đất nung trong các lò tuy-nen dùng nhiên liệu là dầu DO hay FO, các nhà máy này phát thải vào không khí chất gây ô nhiễm do đốt dầu vẫn đang tồn tại, còn chưa được giải quyết triệt để. Chất gây ô nhiễm là tro bụi, CO2, SOx. Tại các lò gạch thủ công dùng trấu, củi, than làm ô nhiên liệu,do đặc tính công suất nhỏ, ở rải rác nên khí thải chứa tro bụi, CO2 ảnh hưởng tới các nhà dân lân cận. Khi tập trung thành các làng nghề thì vấn đề sẽ trở nên bức xúc hơn. Sản xuất gạch gốm, đồ gốm sứ: Các nhà máy sản xuất gạch ceramic có nguồn phát thải lớn chất gây ô nhiễm vào không khí là tháp sấy Kaolin và lò nung. Trong khí thải thường chứa: CO, CO2, Fluor, SOx Lò nung thải khí thải đốt nhiên liệu dầu mỏ trừ các xí nghiệp có lò nung dùng gaz. Bụi từ dây chuyền cân trộn nghiền cao line và phụ gia. 18/91
Khí thải chất ô nhiễm từ lò đốt: Lò đốt nhiên liệu là tên gọi chung cho tất cả các loại như lò hơi, lò nung, lò rèn, buồng sấy dùng để đốt nhiên liệu rắn hay lỏng lấy nhiệt lượng phục vụ cho nhu cầu sản xuất, đời sống. Quá trình cháy trong lò sẽ sinh ra khí thải có nồng độ CO2, CO, SOx, NOx và tro bụi. Tùy theo đặc điểm của mục đích sử dụng mà khí thải của lò đốt còn mang theo các chất ô nhiễm đặc trưng khác. Khi tính toán lắp dựng lò đốt và ống thải không hợp lý, khí thải lò đốt sẽ làm ô nhiễm không khí vùng lân cận dưới chiều gió. Cần phải có sự chú ý đặc biệt tới lò đốt rác thải vì ngoài khí thải do cháy nhiên liệu còn có khí thải do các thành phần của rác cháy hay bốc hơi vào khí thải. Ô nhiễm giao thông: Cùng với đà phát triển của công nghiệp hóa, số lượng các phương tiện giao thông ngày càng nhiều. Vì vậy trên các tuyến giao thông đông đúc ở các đô thị thường xuất hiện vấn đề ô nhiễm không khí do bụi và khí thải của xe có động cơ gây ra. Đặc điểm của loại khí thải này là nguồn thải thấp, di động và không đều. Ở các tuyến có mật độ lưu thông cao khí thải hợp lại thành nguồn phát thải theo tuyến làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường hai bên đường. Những chất ô nhiễm đặc trưng của khí thải giao thông là bụi, CO, CyHx, SOx, chì, CO2 và Nox , Benzen. 19/91
Kiểm toán nguồn thải Kiểm toán nguồn thải là công tác thống kê tải lượng và dặc điểm các nguồn thải chất ô nhiễm trong một khu vực xem xét để phục vụ cho công tác quản lý , dự báo và kiểm soát ô nhiễm môi trường khí . Kiểm toán nguồn thải cần tiến hành song song với các công việc: Quan trắc khí tượng, phân tích thành phần khí quyển và xác lập các tham số của nguồn thải chất ô nhiễm vào không khí. Các tham số cần biết của nguồn thải chất ô nhiễm là: Lưu lượng khí thải; Nhiệt độ khí thải; Vị trí và đặc điểm của ngọn ống thải; Nồng độ từng chất ô nhiễm trong khí thải để qua đó có thể biết tổng lượng thải của mỗi chất ô nhiễm trong một đơn vị thời gian. Tuy vậy, không phải với nguồn thải nào cũng có thể biết hay đo được các tham số trên vì nhiều lý do khác nhau.Ví thế,người ta phải kiểm toán nguồn thải qua hệ số thải hay qua công thức kinh nghiệm hoặc lý thuyết. Hệ số phát thải là lượng thải chất ô nhiễm tính bình quân trên một đơn vị nhiên liệu tiêu hao hay trên một đơn vị thành phẩm làm ra. Hệ số thải được xác định qua tập hợp nhiều số liệu thống kê để rút ra hệ số chung. Bảng 1-3 và 1-4 là ví dụ về hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí. Bảng 1-3: Hệ số thải chất ô nhiễm của nhà máy nhiệt điện đốt than angtraxit: Bảng 1-4: Hệ số thải chất ô nhiễm của xe ô-tô 20/91
Cũng có thể kiểm toán nguồn thải qua các công thức rút ra từ nghiên cứu thống kê hay từ các cân bằng hóa học Các công thức này bỏ qua phương pháp và công nghệ sản xuất . Ví dụ: • Xác định lượng SO2 thải ra khi đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh : Kg/h (14) Trong đó: B- lượng nhiên liệu đốt (Tấn /h ) S- Hàm lượng lưu huỳnh ( % ) -Xác định lượng thải NOx của lò hơi: kg/h (15) Dk – Công suất hơi ( tấn /h ) Hoặc trong một số trường hợp tính từ phương trình lý thuyết. Ví dụ: Khi đốt dầu F.O. chứa 3% S ,lượng SO2 sinh ra như sau: S + O2 = SO2 32,06 + 2 x 16 = 64,06 Khi đốt 32,06 g S ta sẽ thu được 64,06 g SO2.Trong 1 tấn dầu có chứa 30kg S,khi đốt sẽ sinh ra lượng khí SO2 là : (64,06 x 30) / 32,06 = 59,94 kg SO2 / t Nhìn chung số liệu kiểm toán nguồn thải có mức độ chính xác rất khiêm tốn.Tuy nhiên số liệu này rất cần cho công tác quản lý , dự báo và kiểm soát ô nhiễm môi trường. 21/91
Đo đạc chất ô nhiễm trong ống thải Việc xác định lượng phát thải chất gây ô nhiễm môi trường không khí trong ống thải nhằm mục đích kiểm toán môi trường, tính kiểm tra phát thải chất gây ô nhiễm tới vùng dưới gió của ống thải; và kiểm tra nồng độ chất gây ô nhiễm trong ống thải với các tiêu chuẩn phát thải cho phép. Chất gây ô nhiễm môi trường không khí có rất nhiều loại, tuy thế chỉ phân làm hai loại khi tiến hành đo đạc, đó là: Bụi và các chất dạng hơi khí. Đo nồng độ bụi trong ống thải: Bụi là các hạt rắn khuyếch tán trong dòng khí có khối lượng và trọng lượng riêng khác nhiều với môi trường khí. Khi chuyển động trong dòng khí, hạt bụi chịu chi phối rất nhiều của các lực quán tính, lực lý tâm và lực ma sát với dòng khí nên khi lấy mẫu khí để xác định nồng độ bụi cần phải có các yêu cầu riêng. Đo đạc nồng độ bụi trong ống thải thường phải tiến hành lấy mẫu khí lẫn bụi từ trong ống thải và đưa ra các thiết bị phân tích đặt ngoài ống. Sơ đồ hệ thống như sau: H : Sơ đồ khối hệ thống đo đạc nồng độ chất ô nhiễm trong ống thải. • Ống lấy mẫu thường là một ống tròn rỗng bằng kim loại như đồng hay INOX có đường kính chừng 6 ~ 12mm, một đầu thường được uốn cong 90o còn đầu kia để thẳng và nối với ống dẫn khí hút về các thiết bị khác. Khi thu mẫu bụi, đầu ống uốn cong được hướng sao cho miệng ống vuông góc với chiều đi tới của dòng khí. 22/91
• Đầu ống lấy mẫu bụi có cấu tạo đặc biệt, mép ống có cạnh vát sắc để làm giảm dòng chảy rối phát sinh tại đầu ống ảnh hưởng tới kết quả đo. • Bộ thu hạt bụi ở nhiệt độ thường là các màng lọc hiệu quả cao để thu các hạt bụi trong dòng khí thu được. Bằng cách so sánh trọng lượng màng trước và sau khi lọc, người ta có được lượng bụi thu được trên màng lọc và từ đó biết được nồng độ bụi trong ống thải. Khi khí thải có nhiệt độ cao, người ta phải dùng các loại màng lọc bằng vật liệu đặc biệt hoặc phương pháp khác. Hình 2: Hình dạng đầu lấy mẫu bụi trong ống và ảnh hưởng của tốc độ lấy mẫu tới kết quả. • Bộ lọc hạt nước là thiết bị bảo vệ các phần tử tiếp theo trên hệ thống tránh bị các tác động xấu của nước ngưng trong hệ thống khi đo đạc khí thải của lò đốt. Nó sẽ không cần thiết nếu đo dòng khí thải có nhiệt độ và độ ẩm không cao, các ống thải khí của hệ thồng hút bụi. • Lưu lượng kế là thiết bị cần thiết để chỉ báo và điều chỉnh lưu lượng khí hút trong hệ thống vì đầu vào lưu lượng kế thường gắn liền với van điều chỉnh lưu lượng khí. • Máy hút khí là máy hút không khí thông thường có đủ lưu lượng và áp suất hút yêu cầu cho hệ thống. • Ngoài các thiết bị cơ bản kể trên, khi tiến hành đo, người ta còn phải có thêm nhiệt kế để đo nhiệt độ dòng khí và đồng hồ bấm thời gian hay timer tự đóng ngắt hệ thống đo để định lượng lượng khí thải đã hút. Nơi lấy mẫu bụi trong ống thải cần chọn là mặt cắt có dòng chảy đều trên toàn mặt cắt ngang để đảm bảo nồng độ bụi cũng đồng đều tại mọi điểm. Mặt cắt như thế thường có ở vị trí khoảng 2/3 chiều dài các đoạn ống thẳng, đứng, nằm giữa các chi tiết cút, đổi tiết diện hay chạc ba một khoảng cách 8~10 lần đường kính ống. 23/91
Trước khi đo đạc nồng độ bụi trong ống thải, nhất thiết phải biết tốc độ dòng khí trong mặt cắt muốn đo đạc bằng cách đo đạc hay tính từ lưu lượng hệ thống đã biết. Đây là yếu tố có tính quyết định tới kết quả đo đạc vì muốn có kết quả đúng như thực tế thì tốc độ dòng khí đi vào đầu ống lấy mẫu bụi phải vừa bằng với tốc độ dòng khí đi bên ngoài (được gọi là chế độ đẳng tốc). Ở chế độ đẳng tốc đó, các hạt bụi sẽ không bị đổi hướng di chuyển khi đi qua mặt cắt có đầu ống lấy mẫu. Nếu tốc độ trong đầu ống lấy mẫu nhỏ hơn tốc độ bên ngoài sẽ sinh ra hiện tượng rẽ dòng khí ở trước đầu ống lấy mẫu bụi. Hiện tượng này sẽ làm giảm số hạt bụi đi vào trong đầu ống lấy mẫu. Trong trường hợp ngược lại, tốc độ trong đầu ống lấy mẫu lớn hơn tốc độ bên ngoài sẽ sinh ra hiện tượng thu dòng khí ở trước đầu ống lấy mẫu bụi. Hiện tượng này sẽ làm tăng số hạt bụi đi vào trong đầu ống lấy mẫu. Những hiện tượng đó sẽ làm sai lạc kết quả đo đạc. Lưu lượng khí lấy mẫu đo trên lưu tốc kế được tính như sau: Trong đó: L – Lưu lượng lấy mẫu (lít / phút). v – Tốc độ dòng khí tronbg ống ( m /s). f – Tiết diện ngang đầu lấy mẫu (m2 ). Ví dụ: Ống khói có đường kính D=320 mm Thải khói có lưu lượng L=3.500 m3/h. Tính lưu lượng lấy mẫu như sau: Tốc độ khí trong ống khói: Với đường kính đầu lấy mẫu d = 10 mm, Lưu lương khí lấy mẫu cần thiết là: Chú ý: Lượng khí lấy mẫu không phải là lượng khí đưa vào công thức tính nồng độ bụi vì sự khác biệt về nhiệt độ. Khi tính nồng độ bụi phải thêm vào hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ khí thải trong chế độ đo đạc khác 0oC. Sơ đồ khối quy trình đo đạc như hình vẽ sau. 24/91
H : Sơ đồ khối đo nồng độ bụi trong ống thải. Đo nồng độ hơi khí độc trong ống thải: Các chất ô nhiễm ở dạng hơi và khí khuyếch tán tốt trong không khí nên khi di chuyển trong ống thải, nồng độ chất ô nhiễm đồng đều trong toàn bộ không gian ống thải. Vì thế, việc đo đạc nồng độ chất ô nhiễm trong ống thải tương tự như đo trong môi trường không khí xung quanh. Vị trí lấy mẫu nên ở mặt cắt ngang ống có dòng chảy đều đặn, Đầu lấy mẫu có thể có hướng bất kỳ và lấy mẫu ở mọi tốc độ. Lưu lượng khí lấy mẫu phải tuân thủ các thường quy kỹ thuật chuyên ngành. Đặc biệt khi đo hơi khí có nồng độ cao thì phải qua hấp thu nhiều bậc để có giá trị đo gần với thực tế. 25/91
H 3: Sơ đồ khối đo nồng độ hơi khí độc trong ống thải. 26/91
Chuyển đổi vật chất trong môi trường không khí Theo định luật bảo toàn vật chất thì vật chất chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác, di chuyển từ nơi này sang nơi khác chứ không tự sinh ra hay mất đi. Giả thiết rằng ta có một khu vực nghiên cứu có một giới hạn nào đó, ví dụ như không khí trong 1 căn phòng hay không khí trên 1 khu đô thị Một chất theo dòng không khí đi vào khu vực nghiên cứu sẽ xảy ra các tình huống: -Bị tiêu hủy trong không gian đó (biến thành chất khác). -Tích lũy lại trong không gian đó mà không thay đổi tính chất. -Đi ra khỏi khu vực nghiên cứu mà không thay đổi tính chất. Tuân theo quy luật bảo toàn vật chất ta có: Lượng đi vào = lượng chất tiêu hủy + lượng chất tích lũy + lượng chất đi ra. Trong tự nhiên, không phải chất nào cũng tuân thủ đúng các quá trình này. Do vậy, chúng ta có các trường hợp sau: Hệ thống bảo toàn vật chất ổn định: Đây là trường hợp đơn giản nhất. Không gian nghiên cứu không xảy ra các trường hợp tiêu hủy hay tích tụ chất ô nhiễm. Khi đó ta có: Lượng chất đi vào = lượng chất đi ra. (16) Trường hợp này chỉ xảy ra trong trường hợp hệ thống nghiên cứu không có hay có khả năng tích lũy hay tiêu hủy chất ô nhiễm nhỏ không đáng kể. -VD: không gian của 1 phòng A thông với phòng kế bên B và C. Không khí đi vào phòng A từ phòng B với lưu lượng LB và nồng độ CO2 là CB và không khí từ phòng C với lưu lượng Lc và nồng độ CO2 là Cc . Không khí từ phòng A được quạt hút thải ra ngòai. Vậy lượng khí phải hút ra ngoài và nồng độ CO2 ở khí thải là bao nhiêu ? Nếu chúng ta thừa nhận đây là hệ thống bảo toàn ổn định nghĩa là: lưu lượng không khí và lượng CO2 đi ra khỏi phòng A phải bằng lượng đi vào. 27/91
Do vậy: L = LB + Lc LxC = LBxCB + LcxCc (17) Hệ thống vật chất ổn định không bảo toàn: Trên thực tế, chất ô nhiễm phát tán trong không khí thường tham gia các phản ứng hóa học, sinh học nên lượng vật chất không được bảo toàn trong quá trình phát tán. Khi đó biểu thức của hệ thống sẽ phải là: Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng bị tiêu hủy. Nếu cho rằng chất ô nhiễm phân bố đồng đều trong không gian nghiên cứu và lượng chất bị tiêu hủy tỷ lệ với lượng chất ô nhiễm có trong không gian nghiên cứu, ta có thể viết như sau: Lượng bị tiêu hủy = K.C.V (18) Với: K- hệ số tiêu hủy chất ô nhiễm luôn mang dấu âm (-) C- nồng độ chất ô nhiễm trong không gian xét V- thể tích không gian xét. Xét biến thiên lượng chất ô nhiễm theo thời gian, ta có thể viết phương trình vi phân: (19) Giải phương trình vi phân trên , ta có : (20) Trong đó: 28/91
Co-Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm bắt đầu xét t = 0. Phương trình biến thiên nồng độ theo thời gian này cho ta thấy : Nồng độ chất ô nhiễm chỉ bằng không khi thời gian kéo dài vô tận. C→ 0 khi t→ ? Kết quả là biểu thức toán học của hệ thống ổn định không bảo toàn là: Lượng nhiễm vào = Lượng ô nhiễm + K.C.V -VD: một phòng hút thuốc có thể tích 500m3 có lượng thải khí formaldehyde (HCHO) từ khói thuốc lá là 140mg/h. Phòng được thông gió với lưu lượng 1000m3/h. Hay xác định nồng độ formaldehyde trong không khí nếu cho rằng hệ số chuyển đổi formaldehyde -1 thành CO2 là 0.4 h . Giả thiết rằng nồng độ formaldehyde đồng đều trong phòng và bằng nồng độ trong khí ra khỏi phòng C. Ta có thể viết biểu thức toán cho hệ thống như sau: Lượng đi vào = lượng đi ra + K.C.V 140 = 1000 x C + 0.4 x 500 x C 140 = 1200 x C → C = 0.117 mg/m3. Hệ thống không bảo toàn vật chất và không ổn định: Trong thực tế chúng ta gặp rất nhiều mô hình trong điều kiện không ổn định, tức là có sự lưu tồn chất ô nhiễm trong không gian xét. Bản thân sự phát thải chất ô nhiễm và lượng không khí đi qua không gian xét liên tục biến đổi theo thời gian. Trong trường hợp đó, người ta tìm cách đơn giản bài toán để có thể giải được. Mô hình toán của hệ thống này có dạng cơ bản là: Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng lưu tồn + Lượng phân hủy. 29/91
Các yếu tố ảnh hưởng tới sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển Các yếu tố khí hậu : Ảnh hưởng của gió: Gió gây ra các dòng chảy rối không khí ở lớp sát mặt đất. Nhờ có gió chất ô nhiễm được khuếch tán rộng ra làm cho nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống rất nhiều so với ban đầu. Gió là nhân tố đặc biệt quan trọng trong việc khuếch tán bụi và hơi hóa chất nặng hơn không khí. Gió có thể khuếch tán chất ô nhiễm, làm giảm nồng độ ban đầu vì nó thường gây các dòng chảy rối của không khí sát mặt đất. Khác với các dòng chảy tầng xuất hiện khi gió yếu, dòng chảy rối của không khí được đặc trưng bằng việc xáo trộn các phần tử khí ở các lớp sát cạnh nhau. Do các xáo trộn này, các phần tử chất ô nhiễm cũng được nhanh chóng di chuyển sang các lớp không khí lân cận. Kết quả là sự khuếch tán chất ô nhiễm mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn. Phải ghi nhận rằng gió luôn luôn có xu hướng thay đổi chiều thổi tới và tốc độ thổi. Mặc dù có những thống kê theo dõi chặt chẽ cho phép xác định các giá trị và phương hướng tức thời cũng như tần suất ở mỗi cấp gió và hướng gió.Việc xem xét hướng gió nhằm phục vụ cho mục đích quy hoạch vị trí nguồn thải, cố tránh cho nguồn thải chất ô nhiễm đứng đầu hướng gió chủ đạo các khu dân cư, các công trình quan trọng. Độ ẩm và mưa: Trong điều kiện có độ ẩm lớn, các hạt bụi sẽ dính kết vào nhau thành hạt lớn và rơi nhanh xuống đất. Tuy vậy, các vi sinh vật trong không khí phát triển nhanh chóng, bám theo các hạt bụi khuếch tán rộng xuống chiều dưới gió. Mưa có tác dụng rửa sạch môi trường khí. Hạt mưa kéo theo hạt bụi, hấp thu một số chất ô nhiễm và rơi xuống đất. Do đó, ở các vùng không khí có chứa chất ô nhiễm nhiều, nước mưa cũng mang theo chất ô nhiễm làm ảnh hưởng tới môi trường đất và nước phía dưới. Trong cơn mưa, lớp không khí trên cao trút các hạt nước xuống thành mưa nên có xu hướng nóng lên, ngược lại nước mưa rơi xuống mặt đất sẽ bốc hơi, thu nhiệt của mặt đất và lớp không khí sát mặt đất nên có thể xảy ra hiện tượng nghịch nhiệt, không có lợi cho việc khuếch tán chất ô nhiễm vào không khí. 30/91
Ảnh hưởng của địa hình, nhà cửa Khái niệm chung: 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. H 2-1: Quy luật bóng khí động sau tường chắn. 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. 31/91
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. 32/91
Ảnh hưởng của địa hình với sự phân tán chất ô nhiễm: Ở các vùng địa hình không bằng phẳng, có đồi, có gò việc phân tán chất ô nhiễm có biểu hiện phụ thuộc vào địa hình rất rõ nét bởi vì phân bố hướng và tốc độ gió rất khác so với địa hình vùng bằng phẳng, xuất hiện các vùng xoáy quẩn ở dưới các lũng sâu, phía sau các đồi gò dốc cũng như có thể có các luống gió lạnh trượt dọc theo các triền dốc xuống các thung lũng. Vì vậy, khi xem xét khả năng phát tán chất ô nhiễm ở các vùng này cần phải xem xét vị thế thực tế của nơi đặt nguồn thải với các điều kiện gió địa phương chứ không thể dùng số liệu chung của toàn khu vực cho đài khí tượng thông báo. VD: Cụ thể là nhà máy nhiệt điện Ninh Bình do khi thiết kế không lường hết được điều kiện địa hình nên đã gây ô nhiễm môi trường cho thị xã Ninh Bình vào mùa gió Nam – Đông Nam. 33/91
Phương pháp tính toán sự khuếch tán chất ô nhiễm trong môi trường không khí Phân loại các nguồn thải chất ô nhiễm: Theo chiều cao nguồn thải chất ô nhiễm: Nguồn thải thấp là nguồn thải đặt trong vùng bóng khí động của công trình hay thấp hơn chiều cao giới hạn như sau: -Với nhà có chiều ngang hẹp đứng độc lập: Hgh = 0,36 x b1 + 2,5 x H -Với nhà có chiều ngang rộng đứng độc lập:Hgh = 0,36 x b1 + 1,7 x H -Với nhóm nhà: Hgh = 0,36 x( b1 + X ) + H b1-Khoảng cách từ tường hậu tới nguồn thải X-khoảng cách các nhóm nhà H-chiều cao nguồn thải Nguồn thải cao : là nguồn thải có H>Hgh Theo kích thước nguồn: Nguồn điểm:Là nguồn có kích thước nhỏ gọn trong không gian như các ống thải khi hay ống khói Nguồn đường:Là nguồn thải chất ô nhiễm kéo dài trên một mặt phẳng.Như cửa mái nhà công nghiệp Nguồn diện: Là nguồn thải chất ô nhiễm trải đều trên một mặt phẳng. Nguồn không gian: Là nguồn thải chất ô nhiễm trải đều trong một không gian. Theo nhiệt độ khí thải phân thành: Nguồn nóng từ ống thải nồi hơi, lò nung, Nguồn nguội từ ống thải các hệ thống thông gió 34/91
Theo bản chất chất ô nhiễm: Nguồn thải hơi và khí Nguồn thải bụi chưa được xử lý tới 90% Nguồn thải bụi đã được xử lý tới 90% Phương trình vi phân cơ bản khuếch tán chất ô nhiễm vào môi trường khí: Ta xét một ống thải chất ô nhiễm vào không khí ở độ cao h, dưới tác dụng của gió, luồng khí thải qua miệng ống sẽ bị uốn cong theo chiều gió. Đồng thời cho tác dụng xáo trộn và khuếch tán của không khí xung quanh với luồng khí thổi ra, tiết diện luồng khí dần dần được mở rộng ra như thành một chiếc loa tạo thành một hình khói theo chiều gió từ miệng ống thải. Các chất ô nhiễm lan chuyền chủ yếu trong vệt khói này có nồng độ cao nhất ở tâm luồng và giảm dần theo chiều di chuyển tới biên của vệt khói trừ các hạt bụi kích thước lớn phân ly khỏi dòng khí thải và rơi gần chân ống thải. Người ta quan sát thấy góc mở rộng của vệt khói trong phạm vi 10 – 20o. Nếu đặt một hệ trục tọa độ có tâm tại tâm ống khói, trục Oz theo chiều cao ống khói và Ox trùng theo chiều gió thổi Oy theo phương vuông góc với Ox trên mặt phẳng nằm ngang mặt đất. Giả thiết rằng đây là hệ ổn định và bảo toàn với gió thổi song song với mặt đất, Taylor (1915) và Schmidt (1917) xây dựng lý thuyết khuếch tán chất khí và bụi lơ lửng trong không khí với phương trình vi phân tổng quát như sau: Trong đó: C_ Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí. x,y,z_ Tọa độ điểm xét. k_ Hệ số khuếch tán rối theo các phương x,y,z. u_ Tốc độ gió. Năm 1932, Sutton O.G dựa theo lý thuyết của Taylor và cho rằng sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong quá trình lan toả tuân theo luật phân bố chuẩn Gauss và đưa ra kết quả. 35/91
Số mũ n có giá trị n = 0 ? 1 và xác định theo trường vận tốc gió theo chiều đứng. Sy Sz : Hệ số khuyếch tán rối theo phương Y và Z. Năm 1963, Berliand M.E. giải phương trình và thu được kết quả cho việc xác định nồng độ C ở lớp sát mặt đất. Với : M- Lưu lượng chất ô nhiễm. k1- Hệ số khuếch tán rối. u- Vận tốc gió ở độ cao 1m. k0 = 0,5~1m khi khí quyển không ổn định và 0,1~1m khi khí quyển ổn định. n = 0,15 ~ 0,2. Giới thiệu phương pháp tính toán: Phương pháp của Sutton-Pasquill (pp Gauss): ( Còn gọi là mô hình thống kê kinh nghiệm) Dạng công thức phổ biến nhất mà Sutton và Passquill đưa ra là: (24) Khi xác định nồng độ chất ô nhiễm gần mặt đất thì xem z = 0. Khi đó ta có: (25) Trong đó: 36/91
C - Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí có tọa độ x,y,z. u - Vận tốc gió. σy,σz - Hệ số khuếch tán rối theo các phương y,z tương ứng với sai phương chuẩn của hàm phân phối Gauss. H - Chiều cao hiệu quả của ống khói. Hệ số khuếch tán σy, σz là sai lệch chuẩn của hàm khuếch tán Gauss theo phương ngang và đứng. Hệ số σy, σz phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn thải và tính ổn định của khí quyển. Hệ số này được xác định theo biểu đồ thực nghiệm của Gifford xây dựng năm 1960. Cấp ổn định của khí quyển được phân thành 6 cấp theo Turner như sau: Chú ý: 1- Là nắng mùa hè, mặt trời có góc cao > 600. 2- Là nắng mùa hè, trời có mây và trong sáng, góc cao mặt tời là 30 ? 600. 3- Nắng buổi chiều mùa thu hay ngày mùa hè có mây, mặt trời ở góc cao 15 ? 350. 4- Độ mây được xác định bằng mức mây che phủ bầu trời. Đây là phương pháp tính toán được sử dụng nhiều ở các nước phương Tây. Công thức để xác định biến thiên nồng độ chất gây ô nhiễm trên mặt đất theo trục x (với y = z = 0) là những điểm có nồng độ cao hơn các điểm kế bên theo phương y như sau: (26) 37/91
Trên hình vẽ là biểu đồ do TURNER (1970) lập biểu diễn mối quan hệ giữa Ky Kz và Khoảng cách X phụ thuộc vào độ ổn định của khí quyển. 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: (27) Trong đó : u0 và u1 tốc độ gió ở 2 điểm khác cao độ zo và z1 độ cao ở 2 điểm p – Số mũ Hệ số p cho mặt đất gồ ghề : 38/91
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. Tính ổn định của khí quyển: -Khí quyển trong tầng đối lưu càng lên cao, nhiệt độ càng giảm đi theo một hệ số suy giảm nhiệt độ. -Trong điều kiện lý tưởng, càng lên cao, khí áp càng giảm nên nhiệt độ cũng giảm theo o hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt. Hệ số này = 1 C/100m.( PHẠM NGỌC ĐĂNG) -Trong thực tế có vài yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống này là gió, địa hình và bức xạ mặt trời. -Khí quyển được coi là ổn định khi mà hệ số suy giảm nhiệt độ theo độ cao nhỏ hơn hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt. Trong trường hợp này một phần tử không khí được sấy nóng lên, dãn nở ra và bay lên trên do tác dụng của áp suất thủy tĩnh. Phân tử đó giảm nhiệt độ tuân theo hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt. Nhưng do hệ số suy giảm nhiệt độ thực nhỏ hơn, nên tới lúc nào đó nhiệt độ của phần tử khí nhỏ hơn không khí xung quanh, nó lại chuyển động theo chiều ngược lại. Kết quả là phần tử khí dao động lên xuống ở mức nào đó. -Khí quyển được coi là không ổn định khi hệ số suy giảm nhiệt độ theo chiều cao lớn hơn hệ số suy giảm nhiệt độ đoạn nhiệt. Phần tử không khí bị nóng lên cứ tiếp tục bay cao mãi. -Khí quyển được coi là trung tính khi hai hệ số này bằng nhau. Khi xác định được biến thiên nhiệt độ theo chiều cao của một vị trí, người ta có thể xác định được độ cao xáo trộn cực đại của khu vực. Độ cao xáo trộn cực đại : Là chiều cao mà khối khí nóng có thể bay lên cho tới khi nhiệt độ của khối khi bị giảm theo điều kiên đoạn nhiệt bằng với nhiệt độ không khí xung quanh. Biến thiên nhiệt độ theo chiều cao bị thay đổi do một vài hiện tượng sau: 39/91
Nghịch nhiệt bức xạ: -Do mặt đất có trao đổi nhiệt bức xạ với bầu trời nên về đêm, khi không có bức xạ mặt trời, mặt đất bức xạ nhiệt vào bầu trời và lạnh đi. Quá trình này thường bắt đầu từ tối, mạnh nhất vào đêm và và suy giảm dần khi trời sáng. Trong điều kiện mùa đông trời quang mây, nhiệt độ lớp không khí sát mặt đất thấp hơn cả các lớp phía trên sinh ra quá trình nghịch nhiệt bức xạ. Lớp nghịch nhiệt này có thể cao tới vài trăm mét vào sáng sớm. Nghịch nhiệt do tầng không khí nóng hạ thấp: -Là hiện tượng xảy ra khi không khí nóng hơn có áp suất cao chuyển động xuống dưới. Nhiệt độ khối khí cao hơn nhiệt độ không khí gần mặt đất. Hiện tượng này xảy ra ở bất cứ đâu ở độ cao từ vài trăm tới vài ngàn mét và xảy ra cùng với hệ thống thời tiết có áp suất cao. Do không khí chuyển động xuống dưới nên nhiệt độ tăng dần làm giảm mây và độ ẩm tương đối. Trời trong xanh nên dễ dẫn đến nghịch nhiệt bức xạ dưới tầng nghịch đảo nhiệt. Chiều cao hiệu quả của ống thải H : Chiều cao hiệu quả của ống thải H bằng: H = h + Δh (28) h – Chiều cao hình học của ống thải (m) Δh – Độ nâng cao của dòng khí thải . Là độ cao của luồng khí thải lên cao thêm do động năng tại miệng ống thải và do nhiệt độ khí thải cao hơn môi trường xung quanh.Hình trên là kết quả tính toán một ống thải có các chiều cao hiệu quả thải khác nhau: Theo BRIGG (1972) kiến nghị, Δh tính như sau: Khi cấp ổn định của khí quyển là A ~ D : (29) 40/91
(30) 0,4 4 3 Xf =120F nếu F ≥ 55 m /s 5/8 4 3 Xf =50F nếu F ≤ 55 m /s 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 ). o Tk – Nhiệt độ khí thải ( K ). o Tx – Nhiệt độ không khí xung quanh thải ( K ). Khi cấp ổn định của khí quyển là E ~ F : r – Độ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ( = 0,01 oC/m ) Phương pháp tính toán này lệ thuôc rất nhiều vào độ ổn định của khí quyển mà theo bảng phân cấp thì độ ổn định này lại thay đổi liên tục theo thời gian. Vì thế giá trị tính được gần như giá trị trung bình tức thời tại thời điểm xem xét. Sau đây là kết quả tính so sánh nồng độ chất gây ô nhiễm trên mặt đất trong vệt khí thải ở các độ ổn định khí quyển khác nhau : 41/91
Phương pháp của Berliand và cộng sự: Từ kết quả giải phương trình vi phân của Taylor và dựa vào mô hình thống kê thủy động, Berliand và cộng sự đưa ra công thức tính toán sự phân tán chất ô nhiễm vào không khí như sau: Nồng độ cực đại Cmtrên mặt đất dưới hướng gió của ống thải đơn ( Trục X ): 42/91
Cho nguồn nóng có Δt > 0 f 100 m/s2.0C (34) 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/s2.0C 43/91
(35) 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/Xm. 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/Xm). u – Tốc độ gió tính toán. m/s Khoảng cách xuất hiện Cmkể từ chân ống thải : Cho khí thải : Xm = do x H m (41) Trong đó do – Hệ số. Tra đồ thị theo Vm và f. [ ]. Hay tính: 44/91
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 : (46) 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. 45/91
Biểu đồ xác định trị số S1 Biểu đồ xác định tri số S2 Tính nống độ chất ô nhiễm đồng thời do nhiều nguồn gây ra cho một điểm: Trong đó: C – Nồng độ tại một điểm trên mặt đất (mg/m3). Ci – Nồng độ gây ra của nguồn thứ i. 46/91
Biện pháp cải tiến công nghệ Biện pháp cải tiến công nghệ ngày nay được xem là có hiệu quả cao nhất về kinh tế và kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất lao động, tăng năng suất và giảm sự phát thải chất ô nhiễm môi trường. Nội dung chủ yếu của công việc là: - Cơ giới và tự động hóa các công đoạn phát sinh nhiều bụi và hơi khí độc. Khi thay thế các công đoạn thủ công bằng cơ giới, diện tỏa chất ô nhiễm sẽ hẹp hơn nên dễ dàng có thể khống chế nguồn tỏa chất ô nhiễm. Việc lưu trữ tạm clanke của nhà máy xi măng hà tiên trong hệ kho hở gây ô nhiễm bụi cho khu vực xung quanh. Nếu thay thế kho hở bằng hệ thống xi lô chứa thì có thể dễ dàng kiểm soát nguồn phát sinh bụi. - Thay thế nguyên liệu, nhiên liệu bằng các loại có ít chất độc hại như thay dầu F.O có hàm lượng lưu huỳnh cao bằng chất đốt gas. - Tái sử dụng khí thải đến chừng mực có thể được như dùng lại khí trong hệ thống vận chuyển khí ép; tận dụng khí thải nhà máy nhiệt điện để sản xuất thạch cao, CaCO3 -Làm kín các công đoạn, thiết bị phát sinh hơi khí độc để có thể kiểm soát dễ dàng, không để bụi, hơi khí độc lan tràn vào môi trường khí. 47/91
Thiết lập hệ thống thu bắt chất ô nhiễm tại nguồn Kỹ thuật thông gió chống bụi và hơi khí độc: Kỹ thuật thông gió là môn khoa học và kỹ thuật về tổ chức trao đổi và xử lý không khí nhằm tạo được môi trường không khí như mong muốn. Hệ thống thông gió chung: Thông gió chung là một khái niệm rất rộng chỉ sự cấp không khí vào và hút không khí ra khỏi một khu vực, một không gian nhất định, có thể là một phòng, một phân xưởng hoặc một khối nhà. Hệ thống thông gió chung có thể là hệ thống thông gió cơ khí khi nguồn lực cho các khối không khí lưu chuyển là quạt gió hoặc hệ thống thông gió tự nhiên khi tận đụng các nguồn lực tự nhiện như nhiệt, sức gió để lưu chuyển các khối không khí. Thông gió chung có tác dụng hoà loãng chất gây ô nhiễm do việc cấp không khí sạch từ bên ngoài hoà trộn với không khí bị ô nhiễm bên trong nhà nhằm mục đích kiểm soát các chất có khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người, có nguy cơ gây cháy nổ hoặc gây mùi như nhiệt, bụi, các loại hơi và khí. Thông gió chung chỉ áp dụng khi lượng chất ô nhiễm phát sinh không quá lớn, trải trên diện rộng, vị trí thao tác của người lao động phải cách đủ xa nguồn ô nhiễm hoặc nồng độ chất ô nhiễm mà người lao động tiếp xúc phải thấp hơn TCCP, mức độ độc hại của các chất ô nhiễm phải thấp, sự lan toả các chất ô nhiễm phải tương đối đồng đều. Lưu lượng thông gió hoà loãng được xác định trên cơ sở đảm bảo giảm được các chất độc hại phát sinh (nhiệt thừa, bụi, hơi khí độc) xuống dưới mức cho phép. Trong đó: • L – Lưu lượng không khí thông gió chung cho nhà xưởng. • G – Tổng lượng chất ô nhiễm tỏa ra trong nhà (mg/h). 48/91
• [c] – Nồng độ chất ô nhiễm cho phép có trong nhà công nghiệp (mg/m3). • Co - Nồng độ chất ô nhiễm có trong không khí xung quanh (mg/m3). • ΣQ – Tổng lượng nhiệt thừa tỏa ra trong nhà (Kcal/h). • ? - Trọng lượng riêng của không khí. o • tr và tv – Nhiệt độ không khí vào và ra khỏi nhà công nghiệp ( C). Đối với nhà dân dụng, các công trình công cộng hoặc một số phân xưởng không có các nguồn ô nhiễm đáng kể, có thể sử dụng khái niệm "bội số trao đổi không khí " để tính toán lưu lượng trao đổi không khí. Hệ số này được xác định bằng tỷ lệ giữa lưu lượng không khí trao đổi và thể tích nhà cần thông gió. Thông qua hệ số trao đổi không khí này, có thể dễ dàng xác định được lưu lượng không khí cần hút ra, hoặc thổi vào, hoặc kết hợp cả hút ra và thổi vào khu vực. (48) • V – Thể tích nhà công nghiệp (m3). • n – Bội số trao đổi không khí. Lấy n = 10~35. Các hệ thống thông gió cơ khí chung thường có lưu lượng rất lớn nên hay dùng các loại quạt hút hay thổi hướng trục. Thông gió tự nhiên là sự trao đổi không khí từ trong ra ngoài và từ ngoài vào trong nhà khi có sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài do tác dụng của sự chênh lệch nhiệt độ hoặc của gió lên các mặt tường và mái nhà. Thông gió tự nhiên có ý nghĩa đối với việc thông gió cho các không gian lớn, các phân xưởng có các nguồn nhiệt lớn, nhưng nó cũng có nhiều hạn chế do không đảm bảo được lượng trao đổi không khí cần thiết và liên tục. Các hệ thống thông gió chung chỉ thường được dùng chống nóng cho nhà xưởng, thải nhiệt thừa ra khỏi nhà. Đôi khi cũng được dùng cho nhà xưởng tỏa ít bụi và ít độc trên diện rộng. Thông gió cục bộ: Khi nguồn gây ô nhiễm ít, rất tập trung và lượng phát sinh tương đối lớn; hoặc khi phân xưởng rộng lớn, số người làm việc ít thì việc tổ chức thông gió cục bộ sẽ có hiệu quả và kinh tế hơn. Hầu hết các hệ thống thông gió cục bộ là hệ thống thông gió cơ khí (Có dùng quạt gió). 49/91
Sơ đồ khối hệ thống hút chất gây ô nhiễm Hệ thống hút bụi cục bộ: Đây là những hệ thống hút cơ khí, thu gom bụi ngay tại nguồn phát sinh, có xử lý (hoặc không xử lý) trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Một hệ thống thông gió hút bụi cục bộ tốt thông thường bao gồm các chụp thu bắt bụi các bụi tại nguồn toả bụi ra như máy nghiền, sàng, mài, trộn, trên các đấu băng tải, gầu tải ; Hệ thống đường ống dẫn bằng tôn , thiết bị lọc bụi và quạt hút . Hệ thống thông gió hút bụi cục bộ tốt phải có hiệu quả thu bắt bụi cao, làm giảm nồng độ bụi tại chỗ làm việc. Hiệu quả thu bắt bụi có ý nghĩa quyết định tới việc bảo vệ sức khoẻ người lao động. Hệ thống thông gió hút bụi cục bộ tốt còn phải có hiệu quả lọc sạch bụi trong không khí hút cao trươc khi thải ra ngoài trời. Hệ thống hút hơi khí độc cục bộ: Tương tự như hệ thống hút bụi cục bộ, đây là những hệ thống hút cơ khí, thu gom hơi khí độc ngay tại nguồn phát sinh, có xử lý (hoặc không xử lý) trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Một hệ thống thông gió hút hơi khí độc cục bộ tốt cũng bao gồm các chụp thu bắt hơi khí độc các bụi tại nguồn toả ra như máy trộn, bể mạ, máy chiết chai ; Hệ thống đường ống dẫn có thể bằng tôn hay INOX, thiết bị lọc hơi khí độc và quạt hút . Hệ thống thông gió hút hơi khí độc cục bộ tốt phải có hiệu quả thu bắt hơi khí độc cao, ngăn chặn triệt để hơi khí độc tràn lan vào môi trường lao động, làm giảm nồng độ hơi khí độc tại chỗ làm việc xuống dưới mức cho phép. 50/91
Hệ thống thông gió hút hơi khí độc cục bộ tốt còn phải có hiệu quả lọc sạch hơi khí độc trong không khí hút cao trươc khi thải ra ngoài trời. Vài lưu ý chung cho hệ thống hút cục bộ: Tổ chức thu bắt các chất ô nhiễm tốt, ngay tại nguồn phát sinh không để chúng lan toả rộng là biện pháp cơ bản để ngăn chặn sự lan toả chất ô nhiễm, ngăn chặn sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và người lao động và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc sạch . Để thu bắt chất ô nhiễm tốt có hiệu quả cao, cần đảm bảo các nguyên tắc sau đây: */- Càng chụp kín nguồn toả chất ô nhiễm càng tốt. */- Miệng hút càng gần nguồn toả chất ô nhiễm càng tốt. */- Vận tốc thu bắt phải đủ lớn để hút được hết các chất ô nhiễm phát ra. */- Các miệng thu bắt chất ô nhiễm không được cản trở thao tác công nghệ */- Không khí chứa chất ô nhiễm đi vào chụp hút không được đi qua vùng thở của người thao tác. Cơ cấu thu bắt là các dạng chụp hút , tủ hút, khe hút bề mặt, bàn làm việc có gắn miệng hút trước mặt hay dưới gầm Tuỳ vào các tính chất hoá lý của các chất ô nhiễm, phương thức phát sinh, tổng lượng phát sinh, các yếu tố kinh tế - xã hội cụ thể mà các nhà kỹ thuật lựa chọn cơ cấu thu bắt, thiết bị xử lý và quạt vận chuyển phù hợp. Hiệu quả lọc chất ô nhiễm là đánh giá về khả năng tách lọc chất ô nhiễm ra khỏi dòng không khí nhằm trả lại sự trong lành cho không khí trứơc khi thải vào môi trường. Do vậy, hiệu quả lọc chất ô nhiễm có ý nghĩa quan trọng tới việc bảo vệ môi trường chung cho toàn cộng đồng và hệ sinh thái. Nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải phải dưới mức cho phép và chiều cao ống thải phải cao hơn mái nhà tối thiểu 0,7 lần chiều cao nhà. Chắc chắn nhất là phải kiểm tra nồng độ chất ô nhiễm do ống thải gây ra cho vùng lân cận dưới hướng gió theo mô hình toán GAUSS do các nhà chuyên môn tiến hành. 51/91
Lọc bụi khí thải Các thông số của bụi: Kích thước hạt bụi: Trong không khí, bụi tồn tại dưới dạng 1 tập hợp các hạt rắn có kích thước khác nhau cùng khuếch tán trong không khí. Duy chỉ có các loại bụi có nguồn gốc từ hơi ngưng tụ lại sẽ cho loại bụi có kích thước thuần nhất. Tùy thuôc vào kích thước và trọng lượng riêng, hạt bụi có thể tồn tại lâu hay mau trong không khí. Kích thước hạt bụi được xác định bằng kính hiển vi, bằng thiết bị sàng lưới, sàng khí động trên máy Ba-Cô, lắng trong dung môi theo phương pháp Pi -Pet Thông số đánh gía kích thước bụi là: đường kính D50 là đường kính của hạt mà trọng lượng các hạt lớn hơn D50 và nhỏ hơn D50 là bằng nhau. Và độ lệch quân phương trung bình lgσ của hàm phân bố các hạt bụi. (49) Trọng lượng riêng các hạt bụi: Phụ thuộc vào bản chất hóa học mà mỗi loại bụi có trọng lượng riêng khác nhau .Cần phải phân biệt: Trọng lượng riêng đặc là trọng lượng riêng của khối vật liệu đặc. Trọng lượng riêng xốp của tập hợp các hạt bụi lắng là tỷ số của trọng lượng khối bụi với thể tích khối bụi lắng. các thông số khác: -Độ thấm ướt. -Hình dạng hạt bụi. -Độ dẫn điện. 52/91
Các loại thiết bị lắng bụi: Thiết bị lắng bụi là các loại thiết bị mà trong nó, hạt bụi tách ra khỏi dòng không khí do tác dụng của một trường lực nào đó như: lực trọng lượng, lực ly tâm, .lực quán tính, trường tĩnh điện Buồng lắng: Trong buồng lắng, hạt bụi tách ra khỏi dòng không khí dưới tác dụng của lực trong trường và có hướng rơi xuống đất. Đồng thời, hạt bụi chịu lực ma sát của các phần tử khí. Người ta gọi vận tốc rơi của hạt bụi trong không khí là “vận tốc treo” vận tốc này được xác định bằng tính toán hay tra biểu đồ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất môi trường, kích thước hạt bụi và trọng lượng riêng của hạt bụi. Hình 2-1: Biểu đồ tra vận tốc rơi của hạt bụi 53/91
Người ta thường cấu trúc buồng lắng theo phương ngang. Dòng khí chứa hạt bụi đi ngang qua không gian buồng lắng với vận tốc được dàn đều trên toàn mặt cắt ngang. Thông thường tốc độ dòng khí không vượt quá 0,3m/s trên toàn mặt cắt ngang.Điều kiện để 1 hạt bụi lắnng trong buồng bụi là: u - tốc độ dòng khí trong buồng lắng. v - tốc độ treo của hạt bụi. H - chiều cao khoảng lắng trong buồng. L - chiều dài khoảng lắng trong buồng. Để giảm bớt kích thướcbuồng lắng người ta có thể chia buồng lắng thành nhiều ngăn theo phương ngang để giảm chiều cao tính toán H. Buồng lắng bụi có hiệu suất thấp, chỉ thu được các hạt bụi lớn nên thường chỉ dùng để thu lại phế liệu như cát, phôi bào, mùn cưa Lắng trong trường lực ly tâm (Lọc xoáy). Lực ly tâm là lực phát sinh khi vật thể tham gia vào một chuyển động quay. Lực ly tâm có xu hướng đẩy vật thể đi ra xa tâm quay. Độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thuận với trọng lượng vật thể và tốc độ quay quanh trục của vật thể. (51) Trong đó: P - Lực ly tâm đặt lên vật thể. m – Khối lượng vật thể. kg 54/91
u - Tốc độ dài của vật thể. m/s R - Khoảng cách từ tâm quay tới vật thể. m Ω- vận tốc góc của chuyển động quay. 1/radian Người ta lợi dụng nguyên lý này để chế tạo ra thiết bị Cyclon lắng bụi . Cấu tạo Cyclon như sau: Cyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên. Không khí vào cyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ. Xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài. Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài cyclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của cyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài. Giải các phương trình toán về chuyển động của hạt bụi đơn lẻ trong cyclon, người ta có được các công thức tính sau: Đường kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong cyclon là: 55/91
(m) (52) Thời gian hạt bụi lưu trong cyclon là: (s) (??) Trong đó: ν - hệ số nhớt động học m2/s. d- đường kính hạt bụi m. Ω- tốc độ góc của hạt bụi. n- số vòng quay của hạt bụi trong cyclon. 3 ?μ và ?κ - trọng lượng riêng của bụi và không khí kg/m . R1- Bán kính ống tâm. m. R2- Bán kính phần hình trụ của cyclon m. Các công thức trên chỉ có tính lý thuyết, cho tới nay vẫn không có đủ các công thức chỉ rõ mối liên hệ lý thuyết đủ để tính hết các kích thước cấu tạo nên Cyclon. Vì thế, trong thực tế, người ta không thiết kế cyclon theo lý thuyết mà tính chọn cyclon theo các loại cyclon chuẩn đã được chế tạo, thử nghiệm và đo đạc các thông số cần thiết. Các loại Cyclon của Liên Xô thiết kế thử nghiệm có tốc độ khí trên cửa vào từ 15~ 25 m/s, và thường được dùng lọc bụi có đường kính d = 6 ÷ 10 µm với hiệu suất 75 ÷ 85% và lọc bụi có đường kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95%. Các loại Cyclon thường có đường kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm. Các kích thước hình học khác của cyclon tỷ lệ với đường kính phần hình trụ D. Đường đặc tuyến làm việc của Cyclon có dạng đường thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu thị quan hệ giữa lưu lượng và trở lực của dòng khí qua Cyclon. Cyclon thường làm việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ưu cho mỗi loại cyclon. Bảng 2-2: Vận tốc trung bình trên mặt cắt ngang phần hình trụ của vài loại cyclon. 56/91
Chú ý: V- (vận tốc trung bình quy ước) được tính theo đường kính thân hình trụ của cyclon. H 2-8: Kích thước cơ bản của cyclon CH Cyclon ghép: Các nghiên cứu cho thấy các Cyclon đường kính càng lớn thì 57/91
H2-9: Cyclon ghép. hiệu quả càng giảm thấp vì nhiều lý do. Vì thế người ta đã thiết kế các loại cyclon tiêu chuẩn đường kính 250 mm và ghép nhiều cyclon làm việc song song để lọc lượng khí thải lớn. Khi này hiệu suất lọc hạt bụi ≤ 5 µm đạt tới 85 ÷ 90%. Các loại cyclon này thường có cánh xoắn ở miệng vào với góc nghiêng 25~30o. Đường kính ống tâm d=158~133mm. vận tốc trung bình trong mắt cắt ngang v=3,5~4,75 m/s. Cyclon màng nước: Một trong những khuyết điểm của cyclon là do vận tốc xoáy trong thiết bị lớn nên dễ gây ra hiện tượng cuốn trở lại vào dòng không khí các hạt hụi đã lắng trên thành thiết bị. Vì vậy , trên mặt trong thành thiết bị Cyclon màng nước, người ta tạo ra một lớp màng nước chảy để cuốn theo các hạt bụi lắng, ngăn không cho chúng bị cuốn vào dòng khí. Cyclon màng nước có khả năng lọc sạch 90% các hạt có kích thước 1,5 µm. 58/91
Cấu tạo loại Cyclon thường có cửa cho khí và bụi vào ở phía dưới và thoát ra ở cửa phía trên thân hình trụ, với phương tiếp tuyến với mặt trong thân hình trụ. Trước cửa ra có bố trí các vòi phun nước vào mặt trong thành thiết bị tạo màng nước chảy từ trên xuống. Lượng nước tiêu hao làm ướt thành thiết bị trong khoảng 0,1 ÷ 0,2 lít/m3 khí. Lượng nước này thường được lắng sơ bộ và dùng tuần hoàn, định kỳ xả qua hệ thống xử lý nước. Cyclon màng nước thường được dùng với vận tốc dòng khí ở cửa vào Vv=16~25 m/s và vận tốc trung bình quy ước V=4.5~7m/s. Chiều dài thân hình trụ H=5~5,2D (Thậm chí tới 10D). Các loại thiết bị lọc bụi: Lọc bụi là đưa dòng không khí lẫn bụi đi xuyên qua lớp vật liệu lọc, các hạt bụi sẽ bị giữ lại trong lớp vật liệu lọc, không khí sạch đi qua lớp vật liệu lọc và được thải ra ngoài. 59/91
Lọc bằng vật liệu có lỗ rỗng : Loại thiết bị này thường được làm thành các block và khi sử dụng phải ghép song song nhiều block với nhau để có được diện tích cần thiết. Mỗi block là một hình hộp chữ nhật, dày khoảng 100 mm, hai mặt được lợp lưới kim loại. Bên trong, giữa 2 lớp lưới người ta nhồi đầy lớp vật liệu xốp như khâu rỗng, hạt nhựa, sợi cước hay phoi nhôm các loại vật liệu này được tẩm dầu để tăng độ bám dính các hạt bụi. Các khe hở trong lớp vật liệu sẽ tạo ra lối đi quanh co cho dòng khí. Khí thải dễ dàng đi qua lớp lọc còn các hạt bụi do có quán tính lớn nên va chạm với bề mặt vật liệu thấm dầu nên bị giữ lại. Các vật liệu càng nhỏ thì kích thước khe càng bé và trở lực cho dòng khí đi qua càng lớn, lỗ xốp càng mau bị bít lại do bụi. Khi sử dụng 1 thời gian, sức cản của lớp lọc tăng cao nên phải thay bằng block khác. Vật liệu lọc có thể lấy ra rửa sạch, tẩm dầu và sử dụng lại . Hiệu suất lọc sạch của lớp khâu kim loại 13 x 13 x 1 mm là 99%. Tải trọng không khí trong khoảng 4.000 ~ 5.000 m/h .Loại thiết bị này dùng để lọc bụi trong không khí nhiệt độ không cao và nồng độ không lớn. Để lọc khí nóng và nồng độ bụi cao, người ta dùng thiết bị lọc bằng các khâu sứ và có phun nước làm ướt liên tục. Bụi bị màng nước trên các khâu sứ thu lại sẽ chảy theo nước xuống thùng chứa. Qua lắng lọc sơ bộ, nước được phun trở lại vào thiết bị lọc. Hàng ngày xả bỏ nước phun vào hệ thống xử lý nước thải và thay nước mới. Cấu tạo thiết bị giống như tháp đệm. Lọc bằng vải lọc: Nguyên lý lọc bụi của vải như sau: cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này 60/91
giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ . Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc. Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn, ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải. Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc. Vải lọc có thể là vải dệt hay vải không dệt, hay hỗn hợp cả 2 loại. Nó thường được làm bằng sợi tổng hợp để ít bị ngấm hơi ẩm và bền chắc .Chiều dày vải lọc càng cao thì hiệu quả lọc càng lớn. Loại vải dệt thường dùng các loai sợi có độ xe thấp, đường kính sợi lớn, đệt với chi số cao theo kiểu dệt đơn. Chiều dày tấm vải thường trong khoảng 0,3mm. Trọng lượng khoảng 300~500 g/m2. Loại vải không dệt thường làm từ sợi len hay bông thô. Người ta trải sợi thành các màng mỏng và đưa qua máy định hình đề tao ra các tấm vải thô có chiều dày 3~5mm. Loại vải hỗn hợp là loại vải dệt, sau đó được xử lý bề mặt bằng keo hay sợi bông mịn. Đậy là loại vải nhập ngoại thông dụng hiện nay. Chúng có chiều dày 1,2~5mm. Vải lọc thường được may thành túi lọc hình tròn đường kính D=125~250 mm hay lớn hơn và có chiều dài 1,5 đến 2 m. Cũng có khi may thành hình hộp chữ nhật có chiều 61/91
rộng b=20~60mm; Dài l=0,6~2m. Trong một thiết bị có thể có hàng chục tới hàng trăm túi lọc. Với túi lọc tròn - dài, người ta thường may kín một đầu túi, đầu kia để trống. Khi làm việc, đầu để trống được liên kết với cổ dẫn khí lọc vào túi trên mặt sàng phân cách của buồng lọc bụi. Khi cho không khí trước khi lọc đi vào trong túi qua cổ, dòng khí đi xuyên qua túi vải ra khoang khí sạch và thoát ra ngoài. Chiều đi này sẽ làm túi vải tự căng ra thành bề mặt lọc hình trụ tròn. Với sơ đồ này, miệng túi nối với mặt sàng thường được quay xuống phía dưới để tháo bụi ra khỏi túi khi làm sạch mặt vải. Khi cho không khí đi theo chiều từ bên ngoài vào bên trong túi, trong túi phải có khung căng túi làm từ kim loại để túi không bị xẹp lại khi làm việc. Với sơ đồ này, miệng túi nối với mặt sàng thường được quay lên phía trên. Với túi lọc hình hộp chữ nhật, chỉ có một sơ đồ là cho không khí đi từ bên ngoài vào bên trong túi, và bên trong túi buộc phải có khung căng túi vải. Khoảng cách giữa các túi chọn từ 30 ~ 100mm. Việc hoàn nguyên bề mặt lọc có thể tiến hành sau khi ngừng cho không khí đi qua thiết bị và làm sạch bụi trên mặt vải bằng 2 cách: - Rung rũ bằng cơ khí nhờ một cơ cấu đặc biệt. - Thổi ngược lại bằng khí nén hay không khí sạch. Vì có đặc điểm là chu kỳ làm việc gián đoạn xen kẽ với chu kỳ hoàn nguyên nên thiết bị này bao giờ cũng có hai hay nhiều ngăn (hay nhiều block trong cùng 1 ngăn) để có thể ngừng làm việc từng ngăn (hay từng block) mà rũ bụi. Tải trọng không khí của vải lọc thông thường là 150~200 m/h . trở lực của thiết bị khoảng 120~150 kg/m2 . Chu kỳ rũ bụi là 2~3 h. 62/91
H2-13: Sơ đồ thiết bị lọc bụi bằng túi vải tròn thổi bụi bằng khí nén. Tính toán sơ bộ thiết bị như sau: Tổng diện tích túi lọc bụi yêu cầu: F = Q/(150~180) (m2) Diện tích của 1 túi: Túi tròn f = π x D x l (m2) Túi hộp chữ nhật f = 2 x (a + b) x l (m2) Số túi trong 1 ngăn lọc: n = F/f (lấy tròn) (túi). Với: Q – Lưu lượng khí thải cần lọc. (m3/h) D - Đường kính túi lọc hình trụ tròn. (m) a; b; l - Chiều rộng, chiều dày và chiều dài túi hộp chữ nhất. (m) LẮNG TRONG TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN. Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: Khi cho dòng không khí lẫn bụi đi qua điện trường 1 chiều đủ mạnh, chất khí sẽ bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi làm bề mặt hạt 63/91
bụi nhiễm điện. Do tác dụng của lực điện trường, hạt điện tích điện sẽ bị hút về cực khác dấu( thường là cực dương). Khi va vào điện cực, hạt bụi bị trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy xả bụi. Điện trường một chiều trong thiết bị thường có điện áp rất cao, từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị. Trong điện trường, hạt bụi đường kính 0,1mm sẽ tích điện tối đa trong khoảng 1s. Vì thế thời gian dòng khí đi qua thiết bị từ 2 – 8 giây tuỳ theo thiết bị. Các thiết bị công nghiệp có 2 loại, loại 1 giai đoạn và 2 giai đoạn. Loại một giai đoạn là loại giống như sơ đồ nguyên lý. Điện trường vừa ion hoá hạt bụi vừa thu hạt bụi nên điện cực âm thường là các dây kim loại treo ở giữa các bản hay các ống điện cực dương nối đất. Loại hai giai đoạn là loại chia ra vùng ion hoá hạt bụi, các điện cực âm là dây treo giữa các bản cực dương và vùng thu hạt bụi là vùng có hai bản cực song song xen kẽ nhau. 64/91
Đây là loại thiết bị lọc bụi hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7 g/cm3. Nó thường được sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng lắng và Cyclon. Nó còn có ưu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt độ rất cao mà không làm nguội khí thải. Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì trở lực thấp (10 – 20 kg/m2). Tuy vậy, nồng độ các chất gây cháy nổ trong khí thải như CO, bụi than cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh bị kích nổ do dòng khí bị ion hóa phát sinh ra tia lửa điện. 65/91
Lọc khí độc trong khí thải Các quy trình: 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, NOX 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 thiêu đốt: Đây là quá trình đơn giản nhất để phân hủy các lượng chất hữu cơ có thể cháy được . Quy trình này bao gồm đưa hỗn hợp khí thải và không khí qua buồng đốt để nâng nhiệt độ khối khí lên tới 1100oC.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. Khí thảiKhông khíLò đốtThu hồi nhiệtỐng thải H2 – 14: Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có thu hồi nhiệt. Khí thảiKhông khíLò đốtBuồng xúc tácỐng thải H2 – 15: Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có dùng xúc tác. 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. 66/91
Quy trình 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. 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 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. Khi chiều dày lớp vất lịêu hấp phụ là 100 mm thì trở lực không khí của thiết bị khoang 60~80kg/ m2. 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 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. 67/91
• 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: Cửa dẫn khí thải ra Cửa dẫn khí vàoDàn vòi phunLớp tách hạt lỏng Ống dẫn dung dịch phun Cửa thải dung dịch phun H2 – 16: Sơ đồ nguyên lý buồng phun. 68/91
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. 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. 69/91
Lớp tách hạt lỏngDàn vòi tướiCửa dẫn khí vào Lớp vật liệu rỗng H2-17: Sơ đồ nguyên lý tháp đệm. 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. 70/91
Lớp tách hạt nướcMặt sàng khoan lỗDàn ống cấp dung dịch hấp thuNgưỡng nước tràn Cửa dẫn khí vào H2 – 18: 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, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Sau đó, 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 thi cho đến giới hạn bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu của SO2 trong khí thải. Bảng dưới đây cho lượng nước lý thuyết để hấp thụ 1 tấn SO2 cho đến giới hạn bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu của SO2 trong khí thải Nồng độ SO2 trong khí thải (% khối lượng) Lượng nước (m3) ở nhiệt độ khí thải 100 oC 150 oC 200 oC 12 48 55 66 10 57 67 78 71/91
8 70 84.5 96.2 6 92 106 123 4 140 165 200 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). Khí thải H2 – 19: Sơ đồ hệ thống hấp thụ SO2 bằng đá vôi. Nước Nước thải Pha trộnĐá vôiTháp đệm NghiềnKhí thải Bùn cặnLọc tinh thể Lọc chân không Bùn cặn Khói thải sau khi lọc sạch bụi đi vào Tháp đệm, trong đó xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch bột đá vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Trong nước chảy ra từ tháp có chứa nhiều sunfit và sunfat canxi dưới dạng tinh thể và một ít bụi còn sót lại được tách khỏi dung dịch tại thiết bị tách tinh thể . Sau thiết bị tách tinh thể , dung dịch một phần lớn hồi lưu, tưới cho tháp đệm, phần nhỏ còn lại đi qua bình lọc chân không để lọc các tinh thể dưới dạng cặn bùn và thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột, rồi vào thùng pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bình lọc chân không cùng với nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản thuỷ lực của thiết bị không quá 20 kg/m2. 72/91
Hấp phụ 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. Tháp hấp phụ bằng than hoạt tính nhiều tầngKhí thảiKhí thải H2 – 20: Sơ đồ hệ thống hấp phụ SO2 bằng than hoạt tính. Nhiệt Than hoạt tính SO2 Hoàn nguyên Than hoạt tính Các biện pháp xử lý khí NOx Hấp thụ khí NOx bằng nước. Khí thải có chứa NOx 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 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%. 73/91
Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính Khí thải có chứa 1 -1,5% NOx 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 NOx 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. 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 0 và CO2 bị sữa vôi hấp thụ và làm nguội đến 30-40 C 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. 74/91
Kiểm soát ô nhiễm tiếng ồn TIẾNG ỒN. Khái niệm và định nghĩa: Định nghĩa: Tiếng ồn là âm thanh không có giá trị, không phù hợp với mong muốn của người nghe. Âm thanh (Sóng âm) là một loại dao động cơ học của không khí có biên độ dao động và tần số dao động trong khoảng thính giác con người nhận biết được tạo thành cảm giác âm thanh. Sóng âm Một sóng âm đơn giản nhất (đơn âm) có thể minh họa bằng một biểu đồ hình sin mối quan hệ giữa áp suất âm và thời gian hoặc chiều dài quãng đường lan truyền như hình sau: Quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng của sóng f = 1/ τ λ = c/f f: tần số, 1/s; λ: chiều dài bước sóng, m; c : vận tốc truyền sóng âm thanh trong không khí ở 20 oC xấp xỉ c ≈ 343 m/s. τ : thời gian truyền được một khoảng cách = 1 bước sóng λ. Ví dụ: Sóng âm có tần số 1000Hz thì chiều dài bước sóng sẽ là: 75/91
λ = 343 / (1000) = 0,34 m. Áp suất âm: Áp suất âm P trên một mặt nào đó là tỷ số giữa lực tác dụng do các phần tử của môi trường không khí dao động lên một mặt với diện tích của mặt đó. (Chú ý: Áp suất ở đây là áp suất dư do sóng gây ra). Đơn vị tính là Pascan (Pa). Cường độ âm: Cường độ âm I ở một điểm nào đó trên phương đã cho trong trường âm là số năng lượng âm thanh đi qua một đơn vị diện tích bề mặt S vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính là W/m2. Mức áp suất âm và Decibel: Người ta đánh giá tiếng ồn bằng mức áp suất âm L được tính từ công thức: Lp = 10 lg (p/p 0 ) 2 = 20 lg (p/p 0 ) Trong đó: P - Áp suất âm toàn phương trung bình (Pa) -5 Po - Áp suất âm nhỏ nhất tai người có thể nghe thấy (= 2.10 Pa). Bel là đơn vị đo mức cường độ âm thanh (hay mức áp suất âm). 1 bel là ngưỡng âm thanh tai người có thể nghe được. Decibel là đơn vị (bằng 1/10 bel) đo tiếng ồn thông dụng ngày nay. Định nghĩa các mức áp suất âm (Sách tiêu chuẩn VN): • Mức áp suất âm theo đặc tính A, đo bằng dbA (decibel-A): là mức áp suất âm theo đặc tính A, được tính bằng công thức: LpA = 20 lg (pA/p0). Với: pA là áp suất toàn phương trung bình theo đặc tính A, Pa; • Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A, đo bằng dexiben: giá trị mức áp suất âm theo đặc tính A của âm thanh liên tục, ổn định trong khoảng thời gian T, có cùng giá trị áp suất âm toàn phương trung bình với âm thanh đang nghiên cứu có mức thay đổi theo thời gian. Mức đó được tính theo công thức: 76/91
Với: LAeq,T là mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dB) được xác định trong khoảng thời gian T, bắt đầu từ t1 và kết thúc ở t2. Pa(t) là mức áp suất âm đo tức thời theo đặc tính A của một tín hiệu âm thanh. Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A, trong thời gian T cũng được gọi là mức âm trung bình trong một khoảng thời gian, ký hiệu LAeq,T, tính bằng dB. Khoảng thời gian đo lấy trung bình đã được ghi rõ trên chỉ số. Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A được dùng để đánh giá tiếng ồn nghề nghiệp tiếp xúc. Tai người có khả năng cảm nhận mức cường độ âm thanh rất rộng, từ 0 – 180 dB, với 0 dB là ngưỡng bắt đầu nghe thấy và 140dB là mức cao nhất mà tai người có thể chịu đựng nghe được, được gọi là ngưỡng chói tai. Để đo mức âm tổng hợp ở nhiều tần số khác nhau, người ta sử dụng đơn vị dBA tương ứng với đặc tính tần số tương đối A. Con người có thể nghe thấy âm thanh ở tần số 16-20000 Hz. Khoảng tần số mà tai người nhạy cảm nhất với âm thanh là từ 1000 đến 5000Hz. Người ta chú ý đến khoảng tần số này khi cần hạn chế tiếng ồn. Âm thanh ở tần số nhỏ hơn 16 Hz, ta có hạ âm. Âm thanh ở tần số trên 20 kHz ta có siêu âm. Để đánh giá mức độ ồn, ta luôn xác định mức áp suất âm ứng với dải tần số nào đó. Tần số. Âm thanh là một dao động cơ học nên có một đại lượng đặc trưng nữa cho âm thanh là tần số âm. Tần số âm là số lần âm thanh dao động trong một giây. Đơn vị đo tần số là Hz. Con người cảm nhận được âm thanh có tần số từ 16 Hz tới 20.000 Hz. Với tần số ?16 Hz âm thanh thuộc phần hạ âm và ? 16 Hz là sóng siêu âm, tai người không có khả năng nhận biết được. Tuy vậy ở các cá thể khác nhau sự phân biệt âm thanh ớ các tần số khác nhau không giống nhau. Trong quá trình nghiên cứu, ngưới ta thường tính toán âm học trên các “dải tần 1 ốc-ta” bao gồm các tần số trung bình sau: 77/91
Tiếng ồn: Tiếng ồn là dạng âm thanh gây ô nhiễm đặc trưng của đô thị hoá, công nghiệp và giao thông vận tải. Tiếng ồn càng tăng khi mật độ giao thông càng lớn, mật độ tập trung người và máy móc thiết bị càng lớn. Thính giác của con người có đặc tính cảm thụ cường độ âm thanh theo hàm Logarit. Vì thế cường độ âm thanh tăng 100 lần thì người ta chỉ thấy tiếng ồn to gấp đôi. Âm thanh truyền đi trong môi trường không khí dưới dạng sóng dao động cơ học. Trên đường lan truyền, âm thanh suy giảm theo qui luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách lan truyền. Nghĩa là : Khi khoảng cách tăng gấp đôi thì cường độ âm thanh giảm còn ¼ và mức cường độ âm giảm đi 6 dB. Việc đánh giá tác hại của tiếng ồn cho con người rất khó khăn vì phản ứng của con người đối với tiếng ồn rất khác nhau tuỳ theo trạng thái thể lực, tinh thần và thời điểm tác động. Tiếng ồn có mức cường độ âm thanh quá cao sẽ làm suy giảm nhanh chóng thính lực. Những người tiếp xúc nhiều với tiếng ồn lớn dể có nguy cơ bị điếc nghề nghiệp. Phải sống và làm việc trong môi trường có tiếng ồn thường xuyên rất dể làm con người bị lảng trí, ít có phản xạ với âm thanh xung quanh, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sinh hoạt và công việc. Mức ồn cao trong ban đêm làm mất giấc ngủ của mọi người làm thần kinh căng thẳng, mệt mỏi, giảm trí lực, giảm sức khoẻ khi làm việc. Ơ mức ồn > 100 dB bắt đầu gây các ảnh hưởng trực tiếp tới tai và sau đó là hệ thần kinh và tim mạch của con người. Mức áp suất âm tương đương của một số nguồn ồn thường gặp 78/91
Nguồn: Môi trường không khí. Phạm Ngọc Đăng, NXB KHKT, 1997; Phân loại tiếng ồn. 1. Theo nguồn gốc sinh tiếng ồn: • Tiếng ồn cơ khí: tiếng ồn phát sinh do rung ở máy, thiết bị hoặc do va đập các chi tiết của chúng. • Tiếng ồn khí động: tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển động của các chất khí hoặc của vật chuyển động trong dòng khí với vận tốc cao trong quạt hay đường ống dẫn khí, hoặc sinh ra do phun chất lỏng cao áp ra vòi phun. • Tiếng ồn điện từ: tiếng ồn phát sinh do dao động của các chi tiết trong thiết bị cơ điện chịu ảnh hưởng của lực điện từ biến đổi. • Tiếng ồn thủy động: tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển động của chất lỏng. 1. Theo vị trí nguồn phát sinh tiếng ồn Theo vị trí tiếng ồn được phân làm 02 loại: tiếng ồn bên ngoài và tiếng ồn bên trong của nhà. • Tiếng ồn bên ngoài: Trong môi trường đô thị, các nguồn gây ồn bên ngoài rất đa dạng, có thể tính đến các nguồn ồn như sau: • Tiếng ồn giao thông là nguồn ồn phổ biến. Tiếng ồn giao thông là tổng hợp của các tiếng ồn do hoạt động của động cơ, rung động của các bộ phận xe, ống xả khói, đóng cửa xe, rít phanh của các phương tiện lưu thông trên đường bộ, đường sắt như xe máy, ôtô, tàu lửa , đặc biệt là khi bộ phận giảm thanh không được chú ý bảo trì và vận hành đúng quy cách. Mức ồn trong nhà ở gần đường cao tốc có thể đạt 90dB khi xe vận tải nặng (>10 tấn) lưu thông. Máy bay khi 79/91
cất cánh và hạ cánh cũng là nguồn gây ồn đáng kể cho các nhà dân nằm bên dưới đường bay của chúng • Tiếng ồn phát sinh trong quá trình sản xuất của các doanh nghiệp nằm xen kẽ trong khu dân cư lan truyền đến nhà dân cũng là một nguồn ồn gây nhiều phiền phức. Tiếng ồn do hoạt động của các cơ sở kinh doanh như nhà hàng, khách sạn, quán cà phê, cửa hàng bán dĩa CD hay băng video đã gây tiếng ồn cao do việc sử dụng các thiết bị thu phát âm với công suất lớn mà không có biện pháp khống chế tiếng ồn. • Tiếng ồn ở các công trình xây dựng trong khu dân cư sinh ra do các hoạt động của máy ủi, máy khoan đá, máy đập bê tông, cưa, máy nén, búa máy, máy trộn bê tông • Tiếng ồn trong nhà: Con người tiếp xúc thường xuyên và nhiều nhất là nguồn tiếng ồn gây ra trong nhà. Trong đó, ta xét đến các dạng lan truyền tiếng ồn : • Tiếng ồn lan truyền trong không khí còn gọi là tiếng ồn không khí từ tiếng nói, tiếng của các đài thu phát thanh, tivi, cát-sét, • Tiếng ồn va chạm. Tiếng ồn do va chạm truyền qua tường, sàn bê tông và lan đến các căn hộ bên cạnh. Tiếng ồn va chạm có thể là tiếng bước chân, tiếng đóng đinh tiếng ồn do chuyển động của các thiết bị quay trong nhà như quạt, máy giặt • Tiếng ồn khí động sinh ra do chuyển động rối của khí và hạt rắn trong đường ống công nghệ trong nhà xưởng như tiếng ồn trong ống khói (thường vào khoảng 87-95 dBA) Phân loại theo tần số: Con người có thể nghe thấy âm thanh ở tần số 16-20.000 Hz. Khoảng tần số mà tai người nhạy cảm nhất với âm thanh là từ 1000 đến 5000Hz nên Người ta hay chú ý đến khoảng tần số này khi cần hạn chế tiếng ồn. • Tiếng ồn tần số cao: Phát ra từ các vật quay nhanh như tiếng máy mài, Tiếng rít của phanh xe hay tiếng rít của động cơ máy bay Loại tiêng ồn này tắt nhanh khi tăng khoảng cách tơi nguồn gây ồn. • Tiếng ồn tần số thấp: như tiếng trống, tiếng sấm lan truyền được xa hơn và khó bị hấp thu hơn. Tác hại của tiếng ồn. Tiếng ồn ảnh hưởng đến con người không chỉ hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất vật lý mà chủ yếu phụ thuộc vào sự cảm thụ tâm lý của con người. Nhìn chung, bất cứ tiếng ồn nào có trong môi trường đều là ô nhiễm vì nó hạ thấp chất lượng cuộc sống. Tiếng ồn tác động lên con người ở 3 khía cạnh: 80/91