1
VỆ SINH KHÔNG KHÍ
Thời gian: 04 tiết lý thuyết, 06 tiết thực hành
Mục tiêu học tập:
Sau khi kết thúc bài học, sinh viên có thể:
1. Trình bày được mô hình phát tán không khí trong môi trường và các phương
pháp lấy mẫu không khí trong môi trường
2. Thực hành lấy mẫu không khí trong môi trường và nơi làm việc.
3. Trình bày một số kỹ thuật đo lường và kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí
4. Trình bày các kỹ thuật thông gió công nghiệp
Nội dung lý thuyết
Thời gian: 04 tiết
Mục tiêu học tập:
Sau khi kết thúc bài học, sinh viên có thể:
1. Trình bày được mô hình phát tán không khí trong môi trường
2. Trình bày được các phương pháp lấy mẫu không khí trong môi trường
3. Trình bày một số kỹ thuật đo lường và kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí
4. Trình bày các kỹ thuật thông gió công nghiệp
1. Mô hình phát tán không khí
1.1. Mô hình phát tán không khí là gì?
Mô hình phát tán không khí là một biểu thức toán học liên quan đến sự phát tán của vật
chất và cho kết quả tính là nồng độ của vật chất đó trong không khí theo hướng gió
thổi. Vì vậy, lập mô hình phát tán không khí là cách ước lượng được nồng độ chất gây
ô nhiễm tại một điểm có đối tượng thu nhận bằng tính toán dựa trên một số thông tin.
Dữ liệu điển hình cần thiết để tính bằng mô hình phát tán không khí bao gồm:
Dữ liệu khí tượng – Đó là tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, chế độ chảy của
không khí và thông lượng bức xạ thu được.
Thông tin hiện trường bao gồm địa hình, thông số vận hành trang thiết bị và chỉ giới
của cơ sở có nguồn thải.
Dữ liệu của nguồn: đặc tính lý học, đặc tính hóa học, hình dạng hình học của nguồn,
tải lượng phát thải.
Thông tin của nơi thu nhận như con người, cây cối, sinh vật... có thể là địa điểm và
khoảng cách giữa các đối tượng thu nhận hay nơi nhận (receptor).
Để có được một mô hình phát tán không khí, nhà nghiên cứu không chỉ xây dựng
những thuật toán mà còn phải làm mô hình thí nghiệm. Mô hình được dựng gồm nhiều
trang bị, trong đó có những bể nước và những đường hầm thổi gió. Các thể hiện vật
2
chất là đại diện vật lý được xác định từ mô hình này. Còn về mặt toán học, cho đến nay
đã nhiều dạng mô hình được tìm ra. Theo tài liệu của tiến sĩ Karl B. Schnelle và cộng
sự, có ba loại mô hình toán học gồm tiên định, hồi qui thống kê và ngẫu nhiên. Tùy
theo người nghiên cứu áp dụng loại mô hình nào. Còn theo tài liệu của tiến sĩ Karl B.
Schnelle và cộng sự, ở Hoa Kỳ hiện nay, mô hình ngẫu nhiên dựa trên mô hình phân
bố của Gauss (tên nhà vật lý nổi tiếng người Đức Carl Friedrich Gauss [1977 - 1855])
là thông dụng nhất để lập mô hình nhằm kiểm soát các chất gây ô nhiễm theo qui định
pháp luật. Các thuật toán dựa trên mô hình Gauss tạo ra cơ sở lập các mô hình tính toán
được trong khoảng thời gian cả ngắn và dài. Với thuật toán ngắn hạn, khoảng thời gian
trung bình không quá 24 tiếng, các dữ liệu khí tượng cần lấy theo giờ. Còn với thuật
toán dài hạn, thời gian trung bình là một năm, dữ liệu khí tượng cần lấy ở dạng phân bố
tần suất. Cho đến nay đã có cả các thuật toán tính cho đơn nguồn và đa nguồn cũng
như cho tình trạng chỉ có một nơi thu nhận hay nhiều nơi thu nhận. Về kích thước địa
lý, các thuật toán đã được lập để tính cho những khu vực có khoảng cách xa nguồn tới
10 km, thậm chí tới 20 km ở cả vùng thành thị và nông thôn. Tuy nhiên, thuật toán cho
những khoảng xa sẽ không hiệu quả bằng những khoảng gần. Dựa trên tập hợp các
điều kiện như vậy, mô hình phát tán nói trên có thể cung cấp kết quả tại một nơi thu
nhận gồm: 1) nồng độ của một chất gây ô nhiễm tính trung bình theo thời gian và
không gian và 2) Phân bố tần suất tích lũy của nồng độ vượt quá trong một khoảng thời
gian đã chọn.
1.2. Những công dụng của mô hình phát tán không khí
Mô hình phát tán không khí được sử dụng để:
Lượng giá tác động đến chất lượng không khí do phát thải ô nhiễm từ những nguồn
điểm. Nguồn phát thải ra khí quyển bao gồm:
+ Khí thải là khói lò từ ống khói, ống thoát khói thải hàng ngày
+ Khí thải bay hơi từ những bể chứa bị rò rỉ, nứt vỡ, hay từ những nơi xảy ra sự cố
môi trường (như hỏa hoạn) ...
Để phân tích tác động chất lượng không khí, mô hình phát tán không khí cần được sử
dụng thường xuyên theo định kỳ. Các mô hình đã trở thành trọng tâm của các trạm
quan trắc môi trường để theo dõi nguồn mới và để ngăn ngừa sự suy giảm đáng kể chất
lượng không khí. Ở đó, các mô hình được dùng để tính lượng phát thải cần kiểm soát
không vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
Khi khảo sát nguồn mới, cần xác định xem liệu nguồn đó có phải là nguồn mới gây
ô nhiễm không khí trong khu vực mà ở đó, nồng độ chất gây ô nhiễm môi trường
không khí xung quanh có thể tăng do đóng góp của nguồn đó thì cần phải sử dụng kỹ
thuật mô hình hóa sự phát tán không khí.
Những công dụng khác của mô hình phát tán không khí:
Mô hình phát tán không khí có rất nhiều công dụng về khoa học và pháp luật. Chúng
được dùng để lượng gía sơ bộ trường nồng độ trong khí quyển khi thiếu các dữ liệu
quan trắc môi trường. Trong trường hợp này, mô hình có thể là một phần của hệ
3
thống cảnh báo, cung cấp tín hiệu về những tiềm ẩn ô nhiễm không khí. Khi đó cần
đến sự tương tác giữa cơ quan chức năng về quản lý môi trường và cơ sở có phát
thải. Các mô hình có thể dùng để định vị những khu vực có nồng độ dự đoán là cao,
có thể ảnh hưởng đến sức khỏe. Có loại mô hình xử lý được thông tin ngay trong
thời gian đang xảy ra những sự cố như sự cố hạt nhân, tai nạn lao động hay sự cố
tràn hóa chất, với mục đích chỉ dẫn các nhà chuyên môn. Những mô hình đó tính
toán được cả hướng mây trôi và tính toán được nồng độ chất ô nhiễm đáng lo ngại ở
các khu vực. Mô hình có thể dùng để phân tích hậu quả sau sự cố là việc khởi đầu
cho những can thiệp kiểm soát ô nhiễm không khí. Mô hình còn được khai thác để
đánh giá các phương án xây dựng tiêu chuẩn, thiết kế mạng lưới quan trắc và đánh
giá công nghệ kiểm soát. Còn có thể khai thác các mô hình để đánh giá dự án khả thi
những công trình xây dựng cơ sở công nghiệp mới.
Mô hình cũng được dùng trong các nghiên cứu thiết kế ống khói và nghiên cứu thay
đổi nhiên liệu (như than đốt). Từ xưa đến nay, người ta vẫn dùng ống khói để dẫn và
thải khói từ lò đốt và để cho khói bay cao, vượt đầu người. Nhưng nhiều khi, do ảnh
hưởng của thời tiết nên không bay cao được và lan tỏa trong vùng lân cận của nguồn
thải. Để khắc phục vấn đề đó, nhất là với những nguồn thải lớn, ví dụ như lò hơi nhà
máy nhiệt điện và những nhà máy khác, các ống khói thường được dựng rất cao. Tuy
những ống khói cao đó không loại bỏ được ô nhiễm không khí, nhưng chúng vẫn cần
để giảm nồng độ ở tầm gần mặt đất đến mức đủ giảm tác hại trong khu vực lân cận
với nguồn phát thải. Sử dụng mô hình phát tán không khí có thể tính toán để cho
điểm phát thải đặt cao lên bên trên mặt đất nhằm giảm được nồng độ ở tầm thấp (sát
mặt đất) của các chất thải ra từ nguồn đó.
Các cơ sở sản xuất sử dụng mô hình khi lập hồ sơ xin phép đặt và sử dụng các
nguồn thải từ lò đốt vì trong hồ sơ có đề cập đến vấn đề gây ô nhiễm môi trường có
thể phát sinh từ hoạt động của lò và đề xuất các biện pháp kiểm soát nguồn thải để
bảo vệ môi trường.
1.3. Phân loại mô hình phát tán không khí
Theo tài tài liệu của tiến sĩ Karl B. Schnelle và cộng sự, hiện nay đang có sẵn một số
mô hình sau:
Mô hình nguồn công nghiệp hỗn hợp;
Mô hình sàng lọc;
Những mô hình mới.
1.3.1. Mô hình nguồn công nghiệp hỗn hợp
Là loại mô hình sử dụng rộng rãi nhất để ước lượng nồng độ các chất gây ô
nhiễm không có phản ứng hóa học trong khoảng bán kính cách nguồn 16 km. Đây là
mô hình của EPA, phiên bản 3 (Industrial Source Complex Short-Term, version3 [
ISCST3]) thuộc loại mô hình ngắn hạn và là mô hình Gauss với cột khói có trạng thái
tĩnh. Các thông số về điều kiện khí tượng và tải lượng phát thải là không thay đổi.
Cũng có thể tính được dài hạn bằng mô hình này, thời gian lấy gồm 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12
4
và 24 giờ. Mô hình này cũng tính được nồng độ theo năm nếu là trong một năm thì số
liệu khí tượng phải lấy liên tục theo giờ .
1.3.2. Mô hình sàng lọc
Ở những nơi có rất ít nguồn thải hoặc ít phát thải, nguồn được coi là nhỏ, là
không đáng kể thì có thể theo cách đơn giản và nhanh bằng mô hình sàng lọc cổ điển
(conservative screening model). Mô hình này thường chỉ áp dụng trong điều kiện dữ
liệu khí tượng lạc hậu, cũ và không đầy đủ. Do vậy, mô hình này không yêu cầu phải
có số liệu đầu vào về khí tượng. Mô hình này chỉ có thể tính được những nồng độ cao
của chất gây ô nhiễm không khí. Mô hình SCREEN 3 của EPA có thể dự đoán nồng
độ vượt quá TCCP tương đối nhiều mà khá chính xác.
So với mô hình sàng lọc, mô hình nguồn công nghiệp hỗn hợp hoàn chỉnh hơn vì có sử
dụng các dữ liệu khí tượng khu vực để tính toán tác động của một nguồn đến chất
lượng không khí xung quanh, kết quả sát thực hơn so với kết quả tính toán bằng mô
hình sàng lọc cổ điển. Những mô hình nguồn công nghiệp hỗn hợp dài hạn và ngắn hạn
(Industrial Source Complex Short Term and Long Term [ISCST and ISCLT] models)
hiện nay thường được ứng dụng nhiều. Mô hình này ngày nay được nhiều nơi sử dụng
làm căn cứ tính toán và điều chỉnh đầu vào/ đầu ra trong sản xuất kinh doanh hàng
ngày. Điều này không có gì lạ với những nơi pháp luật bắt buộc phải trả tiền vì gây ô
nhiễm. Khi có được nền sản xuất sạch hay sản xuất ít chất thải thì nồng độ chất ô
nhiễm sẽ thấp đi, như vậy sẽ giảm được những chi phí do ô nhiễm gây ra.
1.3.3. Những mô hình mới
Mô hình CALPUFF là mô hình phát tán nhiều lớp, nhiều loại, trạng thái cột
khói không tĩnh mà có dạng nhiều luồng khói phụt. Đây là một mô hình mới mô phỏng
những điều kiện khí tượng khác nhau về không gian và thời gian ảnh hưởng đến sự lan
truyền của chất gây ô nhiễm, đến phản ứng hóa học và có cả sự loại bỏ ô nhiễm. Nó có
thể áp dụng trong không gian ở khoảng từ 30 m theo chiều gió đến vài trăm km.
Một mô hình mới nữa là mô hình Hội khí tượng Mỹ (The American
Meteorological Society) (AERMOD) là mô hình đã hoàn thiện hơn bởi EPA và có thể
thay thế mô hình ISCST3 cho mục đích xây dựng qui chuẩn. Bằng cách tính đến sự
khác nhau về tải lượng theo độ cao, chế độ dòng chảy không khí, chiều cao cột khói và
ảnh hưởng của địa hình, AERMOD đã cải thiện được kết quả ước lượng sự phát tán
theo chiều gió.
Còn nhiều mô hình chuyên biệt để mô hình hóa những phân tán do sự cố, do
giao thông đường bộ v.v...
2. Các phương pháp lấy mẫu không khí trong môi trường
Lấy mẫu không khí trong môi trường được thực hiện để xác định cả nồng độ của chất
phát thải và cả chất lượng không khí. Trong lĩnh vực sức khỏe môi trường, mẫu không
khí được lấy ở môi trường xung quanh (ambient air). Trong lĩnh vực sức khỏe nghề
nghiệp, mẫu không khí được lấy ở tại nơi làm việc hay còn gọi là môi trường lao động
(work place).
5
Hầu hết các chất gây ô nhiễm có thể lấy mẫu và phân tích bằng nhiều phương pháp và
kỹ thuật khác nhau. Chọn phương pháp nào là rất quan trọng của việc đo lường. Để
tiến hành lấy mẫu, cần lập kế hoạch và cần dự liệu các tình huống tại hiện trường để
công việc đạt năng suất cao và mẫu đảm bảo về số lượng và chất lượng.
Để biết có yếu tố ô nhiễm nào trong môi trường cần phải khảo sát nguồn thải. Ví dụ,
đối với nguồn công nghiệp, có thể tìm các yếu tố gây ô nhiễm môi trường qua nghiên
cứu quy trình công nghệ và các nguồn nhiên liệu, nguyên liệu sử dụng. Chỉ khi biết có
yếu tố nào gây ô nhiễm mới có thể có kế hoạch lấy mẫu và chọn kỹ thuật phân tích
mẫu.
Mỗi loại yếu tố gây ô nhiễm không khí khác nhau thì có dụng cụ và phương pháp lấy
mẫu khác nhau dựa theo hướng dẫn kỹ thuật hay theo thường quy quy định.
Với từng yếu tố gây ô nhiễm không khí cũng có thể có vài kỹ thuật khác nhau để lấy
mẫu và đo lường tùy theo điều kiện của người thực hiện. Ví dụ, có thể đo lường COx,
SOx và NOx bằng phương pháp hấp thụ khí để thu mẫu đem phân tích tại phòng thí
nghiệm, có thể đo nhanh hơn bằng các máy hiện số. Mỗi máy đo một số yếu tố hay sử
dụng các đầu đo. Cũng có thể sử dụng các ống phát hiện nhanh vừa định lượng vừa
định tính. Mỗi phương pháp đều có độ nhạy, độ đặc hiệu khác nhau. Tuy mức độ tiện
lợi trong sử dụng của các máy hiện số hoặc máy hấp thụ rất cao song có thể bị hạn chế
ở từng loại yếu tố hoặc chất độc do đặc điểm thiết kế của máy khác nhau. Mặt khác,
nhiều chất ô nhiễm được đo lường bằng phương pháp này có thể có độ nhạy và độ đặc
hiệu thấp, nhất là khi cùng lúc có các yế chất ô nhiễm được đo lường u tố khác cản trở.
Việc lấy mẫu rồi phân tích trong phòng thí nghiệm cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm
trong khoảng thời gian dài hơn (nhiều phút, nhiều giờ), độ nhạy của phương pháp có
thể cao hơn nhưng mất nhiều thời gian hơn để phân tích.
Để lấy mẫu với mục đích xác định mức độ ô nhiễm không khí theo thời gian, địa điểm
và vị trí tới đối tượng thu nhận cũng như có thể mô tả quy luật phát tán ô nhiễm từ
nguồn phát thải, người ta luôn đặt ra câu hỏi:
Cần lấy mẫu ở các vị trí nào?
Mỗi vị trí phải lấy ít nhất bao nhiêu mẫu?
Cần lấy mẫu khi nào và trong bao lâu?
Để trả lời các câu hỏi trên phải có sự tham gia của các bên chuyên môn kỹ thuật am
hiểu quy trình công nghệ, có khả năng cung cấp thông tin để bên đo lường phân tích và
lượng giá được các chất thải phát sinh, đặc tính và tải lượng của nguồn thải gây ô
nhiễm. Tuy không có qui tắc chung cho tất cả các trường hợp, song có một nguyên tắc
chung để bớt sai số là:
Mỗi điểm nghiên cứu phải lấy mẫu ở các vị trí khác nhau. Khoảng cách giữa các vị
trí này có thể cố định hoặc thay đổi qua các lần giám sát tuỳ thuộc vào vị trí đối
tượng thu nhận.
Mỗi vị trí lấy mẫu cần phải lấy nhiều mẫu. Số mẫu càng ít, sai sót càng nhiều.
