Công nghệ môi trường - Mức ổn định của khí quyển

Nội dung text: Công nghệ môi trường - Mức ổn định của khí quyển

1. Mức ổn định củakhí quyển § A -raátkhoângbeànvöõng § B -khoângbeànvöõngloaïitrungbình § C -khoângbeànvöõngloaïiyeáu § D -trunghoøa § E -beànvöõngyeáu § F -beànvöõngloaïitrungbình 201
2. Phân loại độ bền vững khí quyểntheoPasquill Toácñoägioù Böùcxaïban ngaøy Ñoächephuûban ñeâm taïiñoäcao 10m Maïnh Trungbình Yeáu Ítmaây> Nhieàu (bieânñoä (Bieânñoä (Bieânñoä 4/8 maây 60) 35-60) 15-35) 3/8 6 C D D D D 202
3. Mộtsố côngthức tính toán độ nângvệtkhói 203
4. 1/ 4 æ w ö æ DT ö Dh = D ç ÷ ç1 + ÷, m è u ø è Tkhoi ø 1/ 4 æ w ö 1/4 Dh = D , m æw ö DT v ç ÷ Dh = D . ,m è u ø t ç ÷ è u ø Tkhoi D – đườngkính ốngkhói; w-vậntốcban đầucủaluồngkhóitạimiệngkhói, m/s; u –vậntốcgió, m/s; Tkhoi –nhiệt độ củakhóitạimiệng ốngkhói; ¨ΔT –chênhlệchnhiệt độ giữakhóivàkhôngkhíxungquanh, 0C, hoặc 0K. 204
5. ĐỘ NÂNG VỆT KHÓI THEO HOLLAND wDa æ -3 Tkhoi -Txung_ quanh ö Dh = ç1.5+ 2.68.10 P.D ÷ u è TKhoi ø §D – đườngkính; §P –ápsuấtkhíquyển, milibar(1atm = 1013 mbar); §Tkhoi, T xungquanh –nhiệt độ củakhívàkhôngkhíxungquanh, K § a –làhệsốhiệuchỉnh §CấpA , B vàC –nhậnvớihệsố1.1 –1.2; §CấpD, E, F –nhânhệsố0.8 –0.9 205
6. CÔNG THỨC BRIGGS G.A. F 1/ 3 Dh = 1.6 x 2 / 3 , m, u f gwD2 T -T F = khoi xq ,m4 / s3 4 Tkhoi o F < 55m 4 / s 3 x = 50F 0.625 o f o F ³ 55m 4 / s 3 x = 120 F 0.4 o f 206
7. CÔNG THỨC BRIGGS G.A. -3/8 æg ¶Tö Dh=5.1.F1/4ç ÷ èT ¶z ø F1/3 Dh = 2.6 u 207
8. CÔNG THỨC BERLIAND wD gLDT Dh =1.875 +1.6 3 u10 u10Txq U10 –vaäntoácgioùñoñöôïcôûñoäcao10 m; L –löulöôïngkhíthaûitaïimieängoángkhoùi, m3/s; D –ñöôøngkínhoángkhoùi; w-vaäntoácban ñaàucuûaluoàngkhoùitaïimieängkhoùi, m/s; Txq –nhieätñoäcuûakhoùitaïimieängoángkhoùi; ΔT – cheânhleächnhieätñoägiöõakhoùivaøkhoângkhíxung quanh, 0C, hoaëc 0K. 208
9. Hạnchế củamôhìnhGauss § Chỉứngdụngtrongtrườnghợpbềmặttương đối phẳng; § Rấtkhólưuý tớiyếutốcản; § Các điềukiệnkhítượnglàkhông đổitrênmộtdiện rộng; § Chỉứngdụngtốtđốivớikhícómậtđộ gầnvới khôngkhí; § Vậntốcgiótrungbình u > 1 m/s. 209
10. Step by step trongmôhìnhGauss M æ y2 ö æ H 2 ö C(x, y) = expç- ÷expç- ÷ ç 2 ÷ ç 2 ÷ pus ys z è 2s y ø è 2s z ø u = u M æ H 2 ö h C(x) = expç- ÷ ç 2 ÷ H = h+Dh pus ys z è 2s z ø § M –Lượng thải(côngsuấtnguồn thải) (mg/s); 211
11. Côngthức tính sy(x), sz(x) cho vùng nôngthôn Loại ổn định sy(x) sz(x) A 0.22x(1+0.0001x)- 0.20x 0.5 B 0.16x(1+0.0001x)- 0.12x 0.5 C 0.11x(1+0.0001x)- 0.08x(1+0.0002x)- 0.5 0.5 D 0.08x(1+0.0001x)- 0.06x(1+0.0015x)- 0.5 0.5 E 0.06x(1+0.0001x)- 0.03x(1+0.0003x)-1 0.5 F 0.04x(1+0.0001x)- 0.16x(1+0.0003x)-1 0.5 212
12. Công thức tính sy(x), sz(x) cho vùng thànhthị Loại ổn định sy(x) sz(x) A -B 0.32x(1+0.0004x)- 0.24x(1+0.001x)0.5 0.5 C 0.22x(1+0.0004x)- 0.12x 0.5 D 0.16x(1+0.0004x)- 0.14x(1+0.0003x)-0.5 0.5 E -F 0.11x(1+0.0004x)- 0.08x(1+0.0005x)-0.5 0.5 213
13. Côngthứctínhvậntốcgió trongmôhìnhGauss Loạitầngkết p Thànhphố Nôngthôn p A 0.15 0.7 ì z  ïU10m   voi Z < 200 m U ()z =í 10  B 0.15 0.7 ïU .2 p voi Z ≥200m î 10m C 0.20 0.10 D 0.25 0.15 E 0.40 0.35 F 0.60 0.55 214
14. Bài tập ứng dụng mô hình Gauss Nhàmáynhiệt điệnA có ốngkhóicao 40 m, đường kínhcủamiệng ốngkhóibằng2.2 m, lưu lượng 3 khíthảilà10.02 m /s, tải lượngchấtô nhiễmSO2 bằng20.7 g/s, nhiệt độ củakhóithảilà200ºC. Nhiệt độ khôngkhíxungquanhlà30ºC vàtốc độ gió ở độ cao10 m là4.5 m/s. Ápsuấtkhôngkhí= 1013 Mbar. Chotrạngtháikhíquyểnlàcấp C, điềukiệnnôngthôn. § Tính độ caohữudụngtheomôhìnhHolland. § Tínhsựphânbốnồng độ chấtô nhiễmdọctheo hướnggiótạicáckhoảngcách1020 m. § Tínhtoánnồng độ chấtô nhiễmtại điểmcótọa độ (x,y) = (1020 m, 45 m). 215
15. Giải. Ápdụngcáccôngthức -0.5 sy(x) =0.11x(1+0.0001x) -0.5 sz(x) =0.08x(1+0.0002x) vớix = 1020 Ta có sy(x) = 106.881, sz(x)= 74.366 Tínhvậntốcgiótạiđộ caomiệng ốngkhói p æ h ö U()h = U10mç ÷ , p = 0.1 (cap C) , U10m = 4.5(m/s) è10ø 216
16. § Ta đượcu40m = 5.169 (m/s) § Vậntốckhíphụt: w= Lưulượng/diệntíchmiệng ốngkhói= 10.02/(1.1*1.1*p) =2.636 (m/s) o o a = 1.2, Tkhoi = 473 K,Txung_quanh = 303 K,P = 1013,D = 2.2,ω = 2.636 Þ ωDa æ -3 Tkhoi - Txung_quanh ö Δh = ç1.5 + 2.68.10 P.D ÷ = 3.852 m Þ H = 43.852 (m) u 40m è TKhoi ø 217
17. M æ H 2 ö C (x) = exp ç - ÷ ç 2 ÷ pu H s y s z è 2s z ø 20.7´1000 æ 44.9092 ö C(1020) = expç- ÷ = 0.69(mg/m3) ç 2 ÷ 3.14´5.229´106.881´74.366 è 2´74.366 ø 218
18. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(III) 219
19. NỘI DUNG § Cácphươngtrìnhcơbảntrongmôhình Berliand; § Bàitập, ứngdụngcácphầnmềmCAP 2.5, ENVIMAP; 220
20. Sự phânloạitheoWMO § Mô hìnhthốngkêkinhnghiệm; § Mô hìnhthốngkê thủy động; § Mô hìnhsố trị, 221
21. MôhìnhGauss qDựatrêncơ sở lý thuyết toánhọcGauss. q Cácnhà toánhọccó công pháttriểnmô hình này là Taylor (1915), Sutton(1925 –1953), Turner (1961 –1964), Pasquill(1962 –1971), Seifeld(1975) qGần đây được cácnhà khoahọcmôitrường của cácnướcnhư Mỹ, Anh, Pháp, ứngdụng và hoàn thiệnmô hình tính theo điều kiệncủa mỗi nước. 222
22. Mô hìnhthốngkê thủy động qCòn gọi là lý thuyếtnửathứ nguyên(còn gọi là mô hìnhK). Mô hình này được Berliand(Nga) hoànthiệnvà áp dụng ở LiênXô; qỞ ViệtNam, mộtsố nhà khoa học đã áp dụngmô hình nàychomộtsố công trình, dự án. 223
23. Mô hìnhsố trị qTức là hệ các giảiphương trình vi phân bằngphương phápsố; qViệctriểnkhaimô hình này tạiViệtNam đòi hỏithời gianvì số liệuchomô hình còn thiếu và phương tiện tính toánchưa đủ mạnh. 224
24. Phươngtrìnhxuấtphát ¶C ¶C ¶C ¶C ¶ æ ¶C ö ¶ æ ¶C ö ¶ æ ¶C ö +Vx +Vy +Vz = çK x ÷+ çK y ÷ + çK z ÷ - αC ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x è ¶x ø ¶y è ¶y ø ¶z è ¶z ø § C –nồng độ trung bình củachấtô nhiễm(mg/m3 ); § x,y,z–các thànhphần tọa độ theo3 trụcOx, Oy, Oz; § t –thờigian; § Kx, Ky, Kz – các thànhphần củahệ số khuếch tánrối theo3 trụcOx, Oy, Oz; § Vx, Vy , Vz – các thànhphần củatốcđộ trung bìnhtheo ba trụcOx, Oy, Oz ; § α -hệ số tính đếnsự biến đổichấtô nhiễm thành các chất khác do quá trình phản ứng hóa học xảyratrên đườnglantruyền. 225
25. Các giả thiết làm đơn giản bàitoán § Công suất củanguồn điểm phát thải là liên tụcvà coi là quá trìnhdừng, nghĩa là ¶C = 0 ¶t § Nếuhướng trụcOx trùngvớihướnggió thì thành phầnvậntốcgió chiếulên trụcOy sẽ bằng0 r Þ Vx=V=u V y = 0 226
26. Cácgiả thiếtlàm đơngiảnbài toán § Trên thựctế thànhphầnkhuếch tánrốitheochiều gió nhỏ hơnrấtnhiềuso với thànhphầnkhuếch tán rốitheophươngvuông gócvớichiềugió, khi đó: ¶ ¶C (K )»0 ¶x x ¶x 227
27. Saucácphép đơngiảntrên q Tốc độ thẳng đứngthườngnhỏ so vớitốcđộ gió nên có thể bỏ qua, trụcz thườnglấychiềudươnghướnglên trên, do đó đốivớibụinặngthì thànhphầnVzsẽ bằng tốc độ rơi của hạt(dấuâm), còn đốivớichấtô nhiễmkhí và bụinhẹ thì Vz = 0 Berliand ¶C ¶ æ ¶C ö ¶ æ ¶C ö Vx = çK y ÷ + çK z ÷ ¶x ¶y è ¶y ø ¶z è ¶z ø 228
28. Điềukiệnban đầu ì t = 0 ï ï x = 0 í u.C = M.d (y).d (z - H) ï y = 0 îï z = H 229
29. Điềukiệnbiên Điềukiệnxavô cùng éx ®+ ¥ ê C ®0 êz ®+ ¥ ëê y ® ¥ Điềukiệnphảnxạhoàntoàn Điềukiệnhấpthụ hoàntoàn ¶C K =0 C = 0 z ¶z z=0 z=0 230
30. Giả thiết đikèm n m æ z ö æ z ö V =uç ÷ ; k =kç ÷ x 1ç ÷ z 1ç ÷ k y = k 0 u èz1 ø èz1 ø q Trong đó u1 , k1 – là vậntốcgió và hệ số rối đo đạcvà chỉnhlý tại độ caoz1= 1 m; n và m là cácthamsố không thứ nguyên được chỉnhlý tính toántừ số liệu đo đạc trongtầngkhôngkhí sát đất ở cáckhucôngnghiệp (thườngthì ngườitalấyxấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m), q k0 được xác địnhtrêncơsở giải bài toánngượckhuếch tánrối(kết quả nhận đượcchothấyk0bằng0.1 –1 m phụ thuộc vàomứcổnđịnh củatầngkết). 231
31. Nghiệmgiảitíchxấpxỉ n m ¶C ¶æ ¶Cö ¶æ ¶Cö æzö æzö V=uç ÷; K=kç ÷,K=ku Vx = çKy ÷+ çKz ÷, x 1ç ÷ z 1ç ÷ y 0 ¶x ¶yè ¶yø ¶zè ¶zø èz1ø èz1ø u.C x=0,y=0,z=H,t=0 = M.d (y).d (z - H) ¶C K =0 z ¶z z=0 m+n m-n 2 2+n-m é u1z1 2+n-m 2+n-m y ù Mz1 exp - 2 (z + H )- ê k (2+m-n) x 4k0 x ú C(x, y, z) = ë 1 û m+n 1 n 1+n 1-m 2 pk x 2 + n - m 2+n-m G + k x 2+n-m 2u 2+n-m 0 ( ) (2+n-m)( 1 ) ( 1) 232
32. Nồng độ tạimặtđất § Đốivớiđộ caoz mộtvàim vớix > 10 –20 m có thểđặtz = 0); § Giớihạntrườnghợpm ≈1. M æ u H1+n y2 ö C(x, y,0) = expç- 1 - ÷ 3 2 ç 2 4k x÷ 2(1+ n)k1 pk0 x è (1+ n) k1x 0 ø 233
33. Nồng độ cực đạitạimặtđất M æ u H1+n y2 ö C(x, y,0) = expç- 1 - ÷ 3 2 ç 2 4k x÷ 2(1+ n)k1 pk0 x è (1+ n) k1x 0 ø ¶C ¶C = = 0 ¶x ¶y 0.116(1+ n)2 M k 2 u H 1+n C = 1 x = 1 m 1.5(1+n) k u m 2 u1H 0 1 3 k1(1+ n) 234
34. Các biểu thức chính trong môhình M æ u H1+n y2 ö C(x, y,0) = expç- 1 - ÷ 3 2 ç 2 4k x÷ 2(1+ n)k1 pk0 x è (1+ n) k1x 0 ø n æ z ö æ z ö k ç ÷ ç ÷ y Vx =U=u1ç ÷ ; kz =k1ç ÷ , k0 = èz1 ø èz1 ø U § M –Lượng thải(côngsuấtnguồn thải) (mg/s); 2 § k1 – là hệ số khuếch tánrối ở độ caoz1= 1m (m /s); § n –số mũ hàmbiếnthiêntốcđộ gió n = 0.14 –0.2. Thườnglấy n=0.14 trong điềukiệnbấtổnđịnhvà n = 0.2 khikhí quyển ổn định; § k0 – Kíchthướckhuếch tánrốingang(m): k0 =ky/U; § u1 –Tốcđộ gió tại độ caoz = 1 m. 235
35. Xác địnhhệsốkhuếchtán rối đứng § Profile thẳng đứngcóqui luậtluỹ thừa m æöz é DT ù KKz = 1 ç÷ K1 = 0,104.DU ê1+1,38 2 ú èøz1 ë (DU ) û › DU = U2 -U0,5 -hiệutốcđộ gió ở mực2 và0,5 mét › DT = T0,5 -T2-hiệunhiệt độ khôngkhítạimực0,5 và 2 mét. éù § Phương phápBuduko 2 1 êúln 0.14u DT z K =-1 êú1 0 1 1 êúu2 z ln 1 ln 2,0 z êú 0 ëûz0,5 236
36. Xác địnhhệsốkhuếchtán rối đứng Sử dụngcáckếtquả quantrắccânbằngnhiệtcủabềmặt đệm. BP- K= 0.8 1 DTe+D1.56 Trong đó B –cânbằngbứcxạ, P làdòngnhiệtvào đất, DT và De làchênhlệchnhiệt độ và độẩmkhôngkhí ở cácmức 0.5 m và2 m 237
37. Xác địnhhệsốkhuếchtán rối đứng(tt) Chỉ số n vàgiátrị Z0 theothángvànămởHàNội Tháng 1 4 7 10 Năm n 0.19 0.19 0.17 0.23 0.20 Z0 (mét) 0.0085 0.016 0.0083 0.017 0.016 Tốc độ gió ở độ cao2m, 1 m và 0.5 m đượctínhtheocác côngthức: n æ Z ö ln Z - ln Z 0 V = V . Vz = V10 ç ÷ z 10 10 ln10 - ln z0 è ø 238
38. Xác địnhhệsốkhuếchtán rối đứng(tt) § Nếunhư khôngcósốliệuquantrắccủanhiệt độởđộ cao2 m và0.5 m thìtacóthể sử dụng T -T DT = k k 850 1000 § Nếukhôngcócảcácgiátrị nhiệt độ quantrắc ở mức 850 HPathìchấpnhận DT = 1,5*0,63.10-2 = 0,945.10-2 239
39. Tínhhệsốkhuếchtánrối nganghệsốK0 Độ dàycủalớpbiên K 2 1 K1 -5 -1 K h = 0.05 h = 0.05 w =7,29.10 grad 2z 2w z 1 z 2z1wz Vậntốcgió ở ngoàilớpbiên ln h - ln Z n V = V . 0 æ h ö h 10 Vh = V10 ç ÷ ln10 - ln Z 0 è10 ø hệ số K0 K 0 = K h Vh 240