An introduction to environmental engineering - air pollution

1. ‫هوا‬ ‫آلودگی‬
• ‫پور‬ ‫شفیع‬ ‫دکتر‬
• ‫انواری‬ ‫احمد‬ ‫مهندس‬
• ‫پاییز‬91

2. ‫خطی‬ ‫منابع‬ ‫پراکنش‬ ‫مدل‬A line source dispersion model
‫ها‬ ‫آالینده‬
‫ساخت‬ ‫انسان‬
‫طبیعی‬
‫ساکن‬
‫متحرک‬
‫ای‬ ‫نقطه‬
‫سطحی‬
‫ماشین‬
‫شعله‬ ‫جبهه‬ ‫یک‬ ‫حرکت‬
‫آیند‬ ‫می‬ ‫عراق‬ ‫کشور‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫ریزگردهایی‬
‫ها‬ ‫آتشفشان‬
‫است‬ ‫ارائه‬ ‫قابل‬ ‫زیر‬ ‫شرح‬ ‫به‬ ‫گوناگونی‬ ‫مثالهای‬ ‫خطی‬ ‫منابع‬ ‫برای‬.
1-‫معابر‬ ‫شبکه‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫موتوری‬ ‫خودروی‬ ‫یک‬ ‫حرکت‬
2-‫کشاورزی‬ ‫مزارع‬ ‫در‬ ‫شعله‬ ‫جبهه‬ ‫یک‬ ‫حرکت‬–‫ها‬ ‫جنگل‬ ‫سوختن‬ ‫هنگام‬ ‫یا‬
3-‫صنفی‬ ‫واحدهای‬ ‫دودکش‬ ‫چندین‬ ‫استقرار‬–‫در‬ ‫مثال‬ ‫برای‬ ‫تولید‬‫یک‬‫ها‬ ‫رودخانه‬ ‫کنار‬ ‫مانند‬ ‫راستا‬
‫درس‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫ما‬ ‫نظر‬ ‫مورد‬

3. ‫کنیم‬ ‫می‬ ‫اصالح‬ ‫فرض‬ ‫پیش‬ ‫چندین‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫گوس‬ ‫مدل‬
‫مفروضات‬‫مازاد‬‫ای‬ ‫نقطه‬ ‫گوس‬ ‫مدل‬ ‫بر‬
1-‫باد‬ ‫وزش‬ ‫جهت‬‫عممود‬‫است‬ ‫خطی‬ ‫منبع‬ ‫بر‬
2-‫عمودی‬ ‫فاصله‬ ‫در‬ ‫نیز‬ ‫آلودگی‬ ‫پذیرنده‬ ‫منبع‬X‫است‬ ‫شده‬ ‫واقع‬.
u
q
xC
z ..2
2
)(

‫در‬ ‫گوس‬ ‫شده‬ ‫اصالح‬ ‫مدل‬
‫زمین‬ ‫سطح‬(10‫متری‬)
Equation (13)
‫مثال‬)‫منواکسیدکربن‬ ‫آالینده‬ ‫انتشار‬ ‫استاندارد‬CO‫نو‬ ‫خودروهای‬ ‫برای‬3.4 (g/mile)‫است‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫تشخیص‬ ‫مجاز‬.‫بگیرید‬ ‫نظر‬ ‫در‬
‫ثانیه‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫مشخص‬ ‫نقطه‬ ‫یک‬ ‫از‬ ، ‫بزرگراه‬ ‫یک‬ ‫از‬10‫خود‬ ‫از‬ ‫مجاز‬ ‫حد‬ ‫آستانه‬ ‫در‬ ‫کی‬ ‫هر‬ ‫که‬ ‫کنند‬ ‫می‬ ‫عبور‬ ‫خودرو‬CO‫کند‬ ‫می‬ ‫منتشر‬.‫اگر‬
‫سرعت‬ ‫با‬ ‫آزادراه‬ ‫این‬ ‫بر‬ ‫عمود‬ ‫باد‬5 (mile/h)‫آالینده‬ ‫غلظت‬ ، ‫باشد‬ ‫وزش‬ ‫حال‬ ‫در‬ ‫ابری‬ ‫روز‬ ‫یک‬ ‫در‬CO‫فاصله‬ ‫در‬200‫این‬ ‫از‬ ‫متری‬
‫بزنید‬ ‫تخمین‬ ‫را‬ ‫آزادراه‬.
‫آالینده‬ ‫نوع‬ = CO
‫انتشار‬ ‫نرخ‬ = 3.4 (gr/mile)
‫عبوری‬ ‫ترافیک‬ ‫حجم‬ = 10 (vehicle/s)
U = 5 (mile/h)
(Overcast) ‫اتمسفری‬ ‫شرایط‬=‫ابری‬ ‫روز‬
X = 200 (m)
CCO(x) = ?

4. ‫مثال‬ ‫حل‬
)
.
(021.0
)(9.16
)(1
)
.
(4.3)(10
sm
gr
m
mile
mileveh
gr
s
vehq ‫انتشار‬ ‫توان‬
9(m)=ϭz=‫نمودار‬7.28b
9(m)=ϭz=‫جدول‬7.10
)(845.0
)(2.2)(9.2
)
.
(021.02
)( 3
m
mgr
s
mm
sm
gr
xC 




‫کارشناسی‬ ‫تحلیل‬)
‫استاندارد‬CO‫برای‬8h=10 (mgr/m3)‫برای‬ ‫و‬1h=(mgr/m3)40‫است‬.
‫پایداری‬ ‫طبقه‬ ‫نقطه‬ ‫این‬ ‫همیشه‬ ‫اگر‬D‫فاصله‬ ‫در‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬ ‫طور‬ ‫همین‬ ‫هم‬ ‫باد‬ ‫و‬ ‫باشد‬200 (m)‫استاندارد‬ ‫با‬ ‫مقایسه‬ ‫در‬8h‫و‬1h
‫سالیانه‬ ‫یا‬(2ppm)‫هستیم‬ ‫مجاز‬ ‫حد‬ ‫در‬

5. ‫سطحی‬ ‫منابع‬ ‫پراکنش‬ ‫مدل‬A area sources model
‫س‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫توزیع‬ ‫منابع‬ ‫برای‬‫طح‬
1-‫آال‬ ‫غلظت‬ ‫جبری‬ ‫جمع‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫محاسبه‬ ‫منبع‬ ‫هر‬ ‫سهم‬ ، ‫گوس‬ ‫ای‬ ‫نقطه‬ ‫مدل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬‫ینده‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫ها‬( .‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫همراه‬ ‫زیادی‬ ‫خطای‬ ‫با‬ ً‫ا‬‫حتم‬ ‫و‬ ‫پرزحمت‬ ‫و‬ ‫سخت‬ ‫کاری‬)
2-‫سپ‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫تقسیم‬ ‫خطی‬ ‫منبع‬ ‫چندین‬ ‫به‬ ‫سطح‬ ‫گوس‬ ‫خطی‬ ‫منابع‬ ‫مدل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬‫غلظت‬ ‫س‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬ ‫کل‬ ‫جبری‬ ‫جمع‬( .‫خطا‬ ‫پر‬ ‫و‬ ‫زحمت‬ ‫پر‬ ‫کاری‬)
‫ای‬ ‫جعبه‬ ‫مدل‬Box Model
‫دارد‬ ‫سطحی‬ ‫منابع‬ ‫به‬ ‫ساده‬ ‫خیلی‬ ‫رویکرد‬ ‫یک‬( .‫یا‬ ‫و‬ ‫فرودگاه‬ ‫یا‬ ‫شهرک‬ ‫یا‬ ‫شهر‬ ‫یک‬ ‫مانند‬)...

6. ‫باد‬U(m/s)
Cin
Cout
‫انتشار‬ ‫توان‬ qs (gr/m2.s)
L
W
H
H‫باشد‬ ‫می‬ ‫اختالط‬ ‫عمق‬ ‫حداکثر‬ ‫یا‬ ‫اختالط‬ ‫عمق‬ ‫همان‬.
‫بعدی‬ ‫دو‬ ‫مقیاس‬ ‫در‬ ‫اگر‬(2D)‫بگیریم‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫جعبه‬ ‫یک‬ ‫را‬ ‫شهر‬ ‫کل‬ ‫توانیم‬ ‫می‬ ‫باشیم‬(simple box model)‫دقت‬ ‫لحاظ‬ ‫برای‬ ‫یا‬
‫و‬ ‫پارک‬ ، ‫پرتردد‬ ، ‫تردد‬ ‫کم‬ ‫نقاط‬...‫کنیم‬ ‫می‬ ‫تقسیم‬ ‫کوچکتر‬ ‫های‬ ‫حجم‬ ‫به‬ ‫آنرا‬ ‫شهری‬.
Multi box model

7. )...().....()...( cuHwuHwwL
dt
dc
HwL cq ins

‫جعبه‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫آالینده‬ ‫نرخ‬–‫جعبه‬ ‫به‬ ‫ورودی‬ ‫آالینده‬ ‫نرخ‬=‫جعبه‬ ‫درون‬ ‫آالینده‬ ‫تغییرات‬ ‫نرخ‬
Equation (14)
C = ‫جعبه‬ ‫درون‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬ (µgr/m3)
Cin = ‫باد‬ ‫توسط‬ ‫بیرون‬ ‫محیط‬ ‫از‬ ‫جعبه‬ ‫به‬ ‫ورودی‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬(µgr/m3)
qs = ‫سطح‬ ‫واحد‬ ‫ازای‬ ‫به‬ ‫آالینده‬ ‫انتشار‬ ‫نرخ‬ (gr/m2.s)
H = ‫اختالط‬ ‫عمق‬ (m)
W = ‫جعبه‬ ‫عرض‬ (m)
L = ‫جعبه‬ ‫طول‬ (m)
U = )H ‫جعبه‬ ‫لبه‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫سرعت‬ ‫میانگین‬(‫ارتفاع‬ ‫در‬ (m/s)
0
dt
dc
‫یکنواخت‬ ‫حالت‬ ‫حل‬ ‫راه‬(steady state)‫معادله‬(14)‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫برابر‬
cin
s
Hu
Lq
C 
.
.
)( Equation (15)

8. ‫تمیز‬ ‫بیرون‬ ‫محیط‬ ‫از‬ ‫ورودی‬ ‫هوای‬ ‫اگر‬ ‫حال‬(‫پاک‬)‫باشد‬Cin = 0‫یکنواخت‬ ‫حالت‬ ‫غلظت‬ ‫آنگاه‬‫مستقیم‬‫انتشار‬ ‫توان‬ ‫با‬ ‫است‬ ‫مرتبط‬‫به‬
‫سطح‬ ‫واحد‬ ‫ازای‬(‫شود‬ ‫می‬ ‫گوس‬ ‫معادله‬ ‫مشابه‬ ‫اینجا‬)‫صورت‬ ‫به‬ ‫و‬‫معکوس‬‫خودپاالیی‬ ‫توان‬ ‫با‬(‫تهویه‬ ‫ضریب‬=Ventilation
coefficient)‫حاصلضرب‬ ‫یعنی‬V.H‫است‬ ‫ارتباط‬ ‫در‬.
‫زمانی‬ ‫حالت‬ ‫حل‬ ‫راه‬(Time dependent)‫معادله‬(14)‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫برابر‬
ee L
tU
L
tH
in
s
CC
Hu
Lq
tC
..
)0()1)(
.
.
()(

0Cin Equation (16)
‫تمیز‬ ‫بیرون‬ ‫محیط‬ ‫از‬ ‫ورودی‬ ‫هوای‬ ‫اگر‬ ‫حال‬(‫پاک‬)‫باشد‬Cin = 0‫نیز‬ ‫شروع‬ ‫لحظه‬ ‫در‬ ‫و‬(t =0)‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫آالینده‬ ‫از‬ ‫غلظتی‬ ‫هیچ‬
‫معادله‬ ‫به‬ ‫بنابراین‬ ‫باشد‬ ‫نشده‬17‫رسیم‬ ‫می‬.
Equation (17)
0
0


t
Cin
)1)(
.
.
()(
.
e L
tU
s
Hu
Lq
tC



9. ‫که‬ ‫زمانی‬t = L/u (sec)‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬e-1‫به‬ ‫غلظت‬ ‫آنگاه‬63%‫یابد‬ ‫می‬ ‫دست‬ ‫خود‬ ‫اوج‬ ‫کمیت‬ ‫از‬.
‫ثابت‬ ‫زمان‬ ‫های‬ ‫نام‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫زمان‬ ‫این‬(time constant)‫تهویه‬ ‫زمان‬ ‫یا‬ ‫و‬(Ventilation time)‫ماند‬ ‫زمان‬ ‫یا‬ ‫و‬(Residence
time)‫شناسند‬ ‫می‬.
‫مثال‬)‫آن‬ ‫ضلع‬ ‫هر‬ ‫که‬ ‫مربع‬ ‫مقطع‬ ‫با‬ ‫شهری‬ ‫بگیرید‬ ‫نظر‬ ‫در‬15 (km)‫باشد‬.‫شهر‬ ‫این‬ ‫در‬200000‫معابر‬ ‫شبکه‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫خودرو‬ ‫دستگاه‬
‫زمانی‬ ‫فاصله‬ ‫در‬ ‫آن‬4-6 P.M(‫ظهر‬ ‫از‬ ‫بعد‬)‫معادل‬ ‫مسافتی‬ ‫یک‬ ‫هر‬30 (km)‫آالینده‬ ‫خود‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫پیمایند‬ ‫می‬Co‫نرخ‬ ‫با‬3 (gr/km)
‫کنند‬ ‫می‬ ‫منتشر‬.‫ارتفاع‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫ها‬ ‫آالینده‬ ‫صعود‬ ‫توانایی‬ ‫دما‬ ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫یک‬ ‫صاف‬ ‫زمستانی‬ ‫شب‬ ‫یک‬ ‫در‬20 (m)‫که‬ ‫است‬ ‫ساخته‬ ‫محدود‬
‫سرعت‬ ‫با‬ ‫باد‬ ‫ارتفاع‬ ‫آن‬ ‫در‬1 (m/s)‫کند‬ ‫می‬ ‫هدایت‬ ‫شهر‬ ‫درون‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫تمیزی‬ ‫هوای‬.‫غلظت‬ ‫ای‬ ‫جعبه‬ ‫مدل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬CO‫درساعت‬ ‫را‬
6 P.M‫ساعت‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫کنید‬ ‫فرض‬ ‫و‬ ‫بزنید‬ ‫تخمین‬4 P.M‫از‬ ‫غلظتی‬ ‫هیچ‬CO‫آلودگی‬ ‫دهنده‬ ‫انتشار‬ ‫منبع‬ ‫تنها‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫نبوده‬ ‫ردیابی‬ ‫قابل‬‫در‬
‫باشند‬ ‫می‬ ‫خودروها‬ ‫شهر‬ ‫این‬.
L = W = 15000 (m)
(veh)200000=‫خودرو‬ ‫تعداد‬
4 -6 P.M=‫زمانی‬ ‫فاصله‬
t = (60 (min) × 2 × 60(sec))
= 3 (gr/km.veh)‫انتشار‬ ‫نرخ‬
‫صاف‬ ‫زمستانی‬ ‫شب‬=‫اتمسفری‬ ‫شرایط‬
= H = 20 (m)‫دما‬ ‫وارونگی‬ ‫ارتفاع‬
U = 1 (m/s)
Cin = 0
CO4P.M = 0
‫خودروها‬=‫منبع‬
C6P.M = ?

10. ‫مثال‬ ‫حل‬
).
(101.1
)(2)(3600))(10315(
)(3)(30)(200000
2
5
2 sm
gr
hr
hr
sm
km
gr
veh
kmveh
qs





)(2.3)1)(
)(200)
sec
(1
)(15000)
sec.
(101.1
((sec))7800( 3
)(15000
(sec)7200)
sec
(12
5
.6 m
mgr
mm
m
m
gr
CO eC m
m
MP






‫کارشناسی‬ ‫تحلیل‬)
‫استاندارد‬ ‫با‬ ‫مقایسه‬ ‫در‬1hr‫آالینده‬CO‫با‬ ‫است‬ ‫برابر‬ ‫آن‬ ‫مجاز‬ ‫آستانه‬ ‫که‬(mgr/m3)40‫ساعت‬ ‫در‬ ‫غلظت‬ ،6 P.M‫در‬ ‫درستی‬ ‫به‬
‫باشد‬ ‫می‬ ‫هوا‬ ‫کیفیت‬ ‫منظر‬ ‫از‬ ‫مجاز‬ ‫محدوده‬.
‫با‬ ‫است‬ ‫برابر‬ ‫ماند‬ ‫زمان‬t = L/U = 15000/1 = 15000 (sec) = 4.2 (hr)
‫به‬ ‫غلظت‬ ‫تازه‬63%‫بجای‬ ‫معادله‬ ‫در‬ ‫اگر‬ ‫یعنی‬ ‫رسد‬ ‫می‬ ‫خود‬ ‫اوج‬t = 7200 (sec)‫عدد‬15000 (sec)‫به‬ ‫غلظت‬ ، ‫دهیم‬ ‫قرار‬ ‫را‬
(mgr/m3)5.2‫استاندارد‬ ‫با‬ ‫مقایسه‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫رسد‬ ‫می‬1(hr)‫و‬8(hr)‫است‬ ‫مجاز‬ ‫هنوز‬.
C(4.2 hr) = 5.2 (mgr/m3)