SỰ PHÁT TÁN CHẤT
THẢI VÀO KHÍ QUYỂN
- Huỳnh Ngọc Anh Tuấn -
CÁC VẤN ĐỀ
1) Ảnh hưởng của các yếu tố khí quyển
lên sự phát tán.
2) Khuếch tán rối của khí quyển và sự
phân bố của chất ô nhiễm.
3) Chuyển động của không khí sát mặt
đất.
4) Phân loại các nguồn gây ô nhiễm lớp
không khí sát mặt đất.
5) Độ nâng cao của luồng khói.
1 - Các yếu tố khí quyển

Gió

Yếu tố cơ bản gây nên sự phân bố chất ô nhiễm
trong môi trường không khí.

Hướng gió chủ đạo, sự phân bố và vận tốc gió phụ
thuộc vào sự tuần hoàn của không khí trong khí
quyển.

Gió chuyển động từ vùng áp cao  áp thấp.

Tốc độ gió phụ thuộc vào chênh lệch áp suất khí
quyển. Tầng không khí sát mặt đất có tốc độ gió ban
ngày lớn hơn ban đêm, còn ở trên cao thì ngược lại
– tốc độ gió ban đêm lớn hơn ban ngày.
Gió biển

Gió đất
Giải thích

Ban ngày nhiệt độ ở đất liền lớn hơn biển,
tạo thành hạ áp. Trong khi đó mặt biển lạnh
hơn  không khí sẽ di chuyển từ biển vào
lục địa.

Ban đêm hiện tượng ngược với ban ngày,
nước có nhiệt dung lớn và bức xạ kém hơn
so với mặt đất. Do đó ở mặt biển nóng hơn
tạo thành cao áp và lục địa lạnh hơn tạo
thành hạ áp  gió thổi từ lục địa ra biển. Ở
trên cao gió có hướng ngược lại.
Hướng & vận tốc gió

Hướng gió chủ đạo của 1 địa phương
tại lớp không khí bên trên và tại mặt
đất không trùng nhau.

Trong phạm vi đến vài km, hướng và
vận tốc gió không cố định mà thay đổi.

Đối với sự khuếch tán chất ô nhiễm
trong khí quyển thì vận tốc gió nguy
hiểm là lặng gió và gió rất nhẹ.
Biến thiên nhiệt độ theo chiều đứng

Gradien nhiệt độ = độ giảm nhiệt độ (lapse rate) theo
chiều đứng : Sự thay đổi nhiệt độ của không khí trên

mỗi 100m độ cao.

Gradien nhiệt độ đẳng nhiệt: nhiệt độ không thay đổi
trên tất cả các độ cao.

Gradien đoạn nhiệt = gradien đoạn nhiệt khô: sự
thay đổi trạng thái (nhiệt độ, áp suất và mật độ không
khí) không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung
quanh.

Gradien nhiệt độ trên đoạn nhiệt: độ giảm nhiệt độ >
1
o
C/100m độ cao  khí quyển không ổn định.
dz
dT
−=
β
Tính ổn định đứng của khí quyển
Tính ổn định đứng của khí quyển (tt)

Khí quyển không ổn định (khí quyển trên đoạn
nhiệt): β > β
k
 không khí và chất ô nhiễm bốc lên cao
 chất ô nhiễm được khuếch tán, pha loãng trong khí
quyển được thuận lợi.

Khí quyển trung tính: β = β
k

 khối không khí chiếm vị
trí cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động  sự
khuếch tán (pha loãng) chất ô nhiễm không thuận lợi.

Khí quyển ổn định (khí quyển dưới đoạn nhiệt):
0<β<β
k
 không khí và chất ô nhiễm không có hòa trộn
đứng  sự khuếch tán (pha loãng) chất ô nhiễm không
thuận lợi.

Khí quyển dưới ổn định: β<0<β
k
 kìm hãm sự chuyển
động thẳng đứng của không khí  sự khuếch tán (pha
loãng) chất ô nhiễm không thuận lợi.
2.1-Khuếch tán rối của KQ

Khuếch tán rối theo chiều ngang - Gió và
phân bố vận tốc gió theo chiều đứng

Gió là khuếch tán rối của khí quyển theo chiều
ngang.

Hướng & vận tốc gió thay đổi thường xuyên.


Vận tốc gió thay đổi theo chiều cao & phụ
thuộc vào tính ổn định của khí quyển, độ gồ
ghề của mặt đất và các vật cản là các công
trình xây dựng.
Vận tốc gió (u) tại độ cao z - KQTT

Theo hệ số ϕ (theo hàm logarit):

u, u
1
: vận tốc gió tại độ cao z và z
1
(m) tương ứng
(m/s)

ϕ: hệ số tính đến độ tăng vận tốc gió theo chiều
cao, không thứ nguyên.

z
o
: độ cao tại đó vận tốc gió bằng 0, z
0
= 0,1m
1
1
lnln
−









++
=
o
o
o
o
z
zz
z
zz
ϕ
ϕ
1
uu =
Đồ thị
xác định
hệ số ϕ
ứng với
z
1
= 10 và
z
o
= 0,1

Vận tốc gió (u) tại độ cao z

Theo hàm mũ

n: chỉ số mũ, không thứ nguyên

Trị số của n có giá trị từ 0 đến 1 được xác định bằng thực
nghiệm như sau:
•
Bằng nội suy sự biến thiên vận tốc theo chiều đứng: n = 0,15;
•
Bằng thực nghiệm đối với mặt đất phẳng: n = 0,2; mặt đất gồ ghề
hay tòa nhà là vật cản: 1/7 < n ≤ 1/3;
•
Phụ thuộc vào tính ổn định của KQ: KQ không ổn định n= 0,11;
KQTT n = 0,14; KQ ổn định (nghịch nhiệt vừa) n = 0,2; KQ rất ổn
định (nghịch nhiệt mạnh) n =0,33;
n
z
z
uu








=

1
1
Stt Trạng thái khí quyển Hệ số n
(I) Mặt đất gồ ghề
1 KQ rất không ổn định và không ổn định điển
hình (cấp A và B)
0,15
2 KQ không ổn định nhẹ (cấp C) 0,2
3 KQ trung tính (cấp D) 0,25
4 KQ ổn định nhẹ (cấp E) 0,4
5 KQ ổn định (cấp F) 0,6
(II) Đối với mặt đất phẳng hay trên mặt nước (I) x 0,6
(Nguồn: Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ USEPA)
Xác định hệ số n
Vận tốc gió (u) tại độ cao z và hướng
gió lệch

Theo Ariel N.Z và Kiuchnikov L.A

f và f
1
: hệ số phụ thuộc vào độ cao (z và z
1
tương ứng) và
tính ổn định của KQ, không thứ nguyên;

β: Góc lệch của hướng gió tại độ cao z so với góc đã biết tại
độ cao z
1
,

o
;

δ và δ
1
: góc lệch của hướng gió,
o

f, f
1
, δ, δ
1
tương ứng với độ cao z và tính ổn định của KQ
(bảng 3.2 tr 96)

VD 3.1 tr 96
1
1
1
;
δδβ
−==
f
f
uu
2.1-Khuếch tán rối của KQ (tt)

Khuếch tán rối theo chiều đứng – Cường
độ khuếch tán và độ cao hòa trộn


Khuếch tán rối theo chiều đứng hay sự
chuyển động của không khí theo chiều đứng
có mức độ khác nhau gọi là cường độ.

Cường độ khuếch tán rối phụ thuộc vào sự
lan truyền nhiệt, tức gradien nhiệt độ theo
chiều đứng hay tính ổn định của KQ.

Cường độ khuếch tán (ở đk ít mây, không
mưa và gió nhẹ) phụ thuộc vào thời gian
trong ngày và trong năm.
Độ cao hòa trộn

Độ cao hòa trộn là thông số để đánh giá mức độ khuếch tán
hay chuyển động rối theo chiều đứng của KQ.

Khi một phần tử không khí gần mặt đất bị nung nóng bốc lên
cao, nhiệt độ của nó giảm theo đường đoạn nhiệt và độ
chênh nhiệt độ giữa nó với không khí xung quanh sẽ giảm
dần cho đến khi cân bằng. Độ cao mà tại đó nhiệt độ không
khí bốc lên trên bằng nhiệt độ xung quanh là độ cao hòa
trộn.

Độ cao hòa trộn được xác định bằng cách tìm điểm giao nhau
của đường đoạn nhiệt đi qua điểm có nhiệt độ cao trên mặt
đất với đường phân bố nhiệt độ theo chiều cao thực tế.

Độ cao hòa trộn xác định giới hạn trên của quá trình khuếch
tán các chất ô nhiễm trong khí quyển.


Độ cao hòa trộn thấp vào buổi sáng và tăng dần theo thời
gian trong ngày cho đến xế trưa là đạt trị số lớn nhất. Về mùa
hè độ cao hòa trộn lớn hơn mùa đông.
2.2 - Phân bố chất ô nhiễm trong KQ -
Hình dạng luồng khuếch tán rối

Luồng hình sóng (uốn lượn): β > β
k
 cường độ khuếch tán
mạnh.

Luồng hình nón: β = β
k
 cường độ khuếch tán vừa.

Luồng hình quạt: β <0< β
k
, T=const  cường độ khuếch tán
rất yếu.

Luồng hình quạt dốc lên trên – dạng nửa chuồng chim:
lớp nghịch nhiệt gần mặt đất nằm bên dưới miệng ống khói,
luồng khói hình quạt khuếch tán mạnh lên trên.

Luồng hình quạt xông khói: lớp nghịch nhiệt trên cao nằm
bên trên miệng ống khói, bên dưới là lớp khí quyển không ổn
định.

Luồng “mắc bẫy”: lớp nghịch nhiệt nằm cả bên trên và bên

dưới miệng ống khói.