An introduction to environmental engineering - air pollution

1. ‫هوا‬ ‫آلودگی‬
‫پور‬ ‫شفیع‬ ‫دکتر‬
‫انواری‬ ‫احمد‬ ‫مهندس‬
‫پاییز‬91

2. ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫خیزش‬Plume rise
‫ب‬ ‫دارد‬ ‫بستگی‬ ً‫ا‬‫غالب‬ ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫خیزش‬‫ه‬
1-‫سبکی‬(Buoyancy)
2-‫کش‬ ‫دود‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫حرکت‬ ‫اندازه‬(Momentum)
3-‫اتمسفر‬ ‫پایداری‬ ‫طبقات‬(Stability Condition)
1-‫سبکی‬(Buoyancy):
‫باشند‬ ‫محیط‬ ‫هوای‬ ‫دمای‬ ‫از‬ ‫داغتر‬ ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫که‬ ‫هنگامی‬‫یا‬‫و‬ ‫از‬ ‫کوچکتر‬ ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫مولکولی‬ ‫وزن‬‫زن‬
‫باشد‬ ‫هوا‬ ‫مولکولی‬‫یا‬‫دو‬ ‫هر‬ ‫از‬ ‫ترکیبی‬
(M.W)s < (M.W)A ‫یا‬ Ts > TA
2-‫کش‬ ‫دود‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫حرکت‬ ‫اندازه‬(Momentum):
‫نمایند‬ ‫می‬ ‫آفرینی‬ ‫نقش‬ ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫سبب‬ ‫به‬ ‫که‬.
3-‫اتمسفر‬ ‫پایداری‬ ‫طبقات‬(Stability Condition):
‫گردید‬ ‫اشاره‬ ً‫ال‬‫قب‬ ‫آنها‬ ‫مشروح‬.

3. ‫مدل‬BRIGGS‫دود‬ ‫ستون‬ ‫خیزش‬ ‫ارتفاع‬ ‫تخمین‬ ‫برای‬Δh:
1-‫محیط‬ ‫هوای‬ ‫مولکولی‬ ‫وزن‬ ‫با‬ ‫است‬ ‫مساوی‬ ً‫ا‬‫تقریب‬ ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫مولکولی‬ ‫وزن‬(28.9 gr/mol)
2-‫باشد‬ ‫می‬ ‫ناچیز‬ ، ‫چگالی‬ ‫تغییرات‬ ‫واسطه‬ ‫به‬ ‫سبکی‬.
Perkins(1974)‫سبکی‬ ‫نیروی‬ ‫بین‬ ‫را‬ ‫روابطی‬(‫شناوری‬)‫ق‬ ‫و‬ ‫خروجی‬ ‫سرعت‬ ، ‫دما‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫از‬ ‫بسته‬ ‫یک‬ ‫بر‬ ‫وارده‬‫طر‬
‫داد‬ ‫بسط‬ ‫دودکش‬.‫تالش‬ ‫اثر‬ ‫در‬Perkins‫شناوری‬ ‫شار‬ ‫پارامتر‬(Buoyancy flux parameter)‫معادله‬ ‫شرح‬ ‫به‬(7)‫کرد‬ ‫پیدا‬ ‫بسط‬ ‫زیر‬.
Equation (7))1(.. 2
T
T
vrgF
s
a
s 
F = ‫شناوری‬ ‫شار‬ ‫پارامتر‬ (m4/s3)
g = 9.81 ‫زمین‬ ‫ثقل‬ ‫(شتاب‬m/s2)
r = ‫دودکش‬ ‫درونی‬ ‫شعاع‬ (m)
vs = ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫سرعت‬ (m/s)
Ts = ‫دودکش‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫دمای‬ (k)
Ta = ‫محیط‬ ‫هوای‬ ‫دمای‬ (k)

4. u
F
h
xf
3
2
3
1
.6.1

Δh = ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫خیزش‬ (m)
u = ‫دودکش‬ ‫ارتفاع‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫سرعت‬ (m/s)
xf = ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫پیرایه‬ ‫تقارن‬ ‫نقطه‬ ‫شروع‬ ‫تا‬ ‫باد‬ ‫وزش‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫زمین‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫فاصله‬ (m)
)(55
)(55
3
4
3
4
m
mF
m
mF


Fx
Fx
f
f
8
5
4.0
50
120


Equation (8)
‫اگر‬

5. ‫پایداری‬ ‫طبقات‬ ‫برای‬E‫و‬
F
)
.
(4.2
3
1
su
F
h 
F = ‫شناوری‬ ‫پارامتر‬
S = ‫پایداری‬ ‫پارامتر‬ (1/s2)
u = ‫دودکش‬ ‫ارتفاع‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫سرعت‬
)( 
dz
Td
T
g
S a
a
dz
Td
m
c
a
)(01.0 0
‫اتم‬ ‫در‬ ‫ارتفاع‬ ‫با‬ ‫دما‬ ‫واقعی‬ ‫تغییرات‬‫سفر‬
Equation (9)
Equation (10)

6. ‫مثال‬)‫توان‬ ‫با‬ ‫سنگی‬ ‫ذغال‬ ‫نیروگاه‬ ‫یک‬750 MW‫ارتفاع‬ ‫به‬ ‫دودکشی‬ ‫دارای‬250‫دودکش‬ ‫این‬ ‫درون‬ ‫شعاع‬ ‫که‬ ‫متر‬4‫در‬ ‫است‬ ‫متر‬
‫است‬ ‫فعالیت‬ ‫حال‬.‫دودکش‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫گازهای‬ ‫سرعت‬15 (m/s)‫دمایش‬ ‫و‬140‫است‬ ‫شده‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سلسیوس‬ ‫درجه‬.‫دمای‬
‫محیط‬ ‫هوای‬25‫دودکش‬ ‫ارتفاع‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫سلسیوس‬ ‫درجه‬5 (m/s)‫زیر‬ ‫حالت‬ ‫دو‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫دودکش‬ ‫موثر‬ ‫ارتفاع‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫گزارش‬
‫بزنید‬ ‫تخمین‬.
‫الف‬)‫معادل‬ ‫دما‬ ‫افزایش‬ ‫نرخ‬ ‫با‬ ‫پایدار‬ ‫اتمسفری‬2‫ارتفاع‬ ‫افزایش‬ ‫کیلومتر‬ ‫هر‬ ‫ازای‬ ‫به‬ ‫سلسیوس‬ ‫درجه‬
‫ب‬)‫طبقه‬ ‫با‬ ‫ناپایدار‬ ً‫ا‬‫نسبت‬ ‫اتمسفری‬ ‫برای‬C
‫مساله‬ ‫های‬ ‫داده‬
‫توان‬ = 750 MW
h = 250 (m)
r = 4 (m)
Vs = 15 (m/s)
Ts = 140 0c = (413 (k))
Ta = 25 0c = (298 (k))
U = 5 (m/s)
*‫بود‬ ‫نخواهد‬ ‫کارشناسی‬ ‫تحلیل‬ ‫به‬ ‫نیازی‬ ، ‫سوخت‬ ‫نوع‬ ‫گزارش‬ ‫عدم‬ ‫دلیل‬ ‫به‬.

7. ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫وزش‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫غلظت‬:
‫است‬ ‫ماندگار‬ ‫آالینده‬ ‫گوس‬ ‫فرض‬100%‫شود‬ ‫می‬ ‫منعکس‬ ‫کند‬ ‫می‬ ‫برخورد‬ ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫زمین‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫آنچه‬.
‫فاصله‬ ‫در‬2xL‫همگن‬ ً‫ال‬‫کام‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫این‬ ‫بر‬ ‫گوس‬ ‫معادله‬ ‫فرض‬Well mixed‫است‬.
‫است‬ ‫معتبر‬ ‫باشد‬ ‫صاف‬ ‫خط‬ ‫یک‬ ‫فقط‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫دما‬ ‫نیمرخ‬ ‫که‬ ‫اتمسفری‬ ‫برای‬ ‫شده‬ ‫ارائه‬ ‫تاکنون‬ ‫که‬ ‫دودگوس‬ ‫ستون‬ ‫معادله‬.‫ل‬‫شرایط‬ ‫برای‬ ‫یکن‬
‫وارونگی‬‫دارد‬ ‫قرار‬ ‫دودکش‬ ‫ستون‬ ‫باالی‬ ‫که‬”‫گوس‬ ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫معادله‬“‫پراک‬ ‫محدودیت‬ ‫که‬ ‫شود‬ ‫اصالح‬ ‫ای‬ ‫گونه‬ ‫به‬ ‫بایستی‬‫عمومی‬ ‫ندگی‬
‫گیرد‬ ‫بر‬ ‫در‬ ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫لحاظ‬ ‫به‬ ‫را‬.
‫شود‬ ‫می‬ ‫منعکس‬ ‫آن‬ ‫تمامی‬ ‫زمین‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫به‬ ‫آالینده‬ ‫برخورد‬ ‫محض‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫استوار‬ ‫این‬ ‫بر‬ ‫فرض‬.
XL
2XL
)(47.0 HLz
HL
‫اتم‬ ‫واقعی‬ ‫پروفیل‬‫سفر‬
T
Z Z
X
Center Line

8. Turner (1970)‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫در‬ ‫باد‬ ‫وزش‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫آالینده‬ ‫غلظت‬ ‫تخمین‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫گوس‬ ‫مل‬ ‫شده‬ ‫اصالح‬ ‫معادله‬ ‫فوق‬ ‫شرایط‬ ‫برای‬
‫نمود‬ ‫ارائه‬ ‫زیر‬ ‫شرح‬ ‫به‬ ‫دما‬ ‫وارونگی‬.
e y
y
Lu
Q
yxC
y


2
2
2
..2
),(
)(
5.0

 Equation (11)XX L2
L = ‫زمین‬ ‫سطح‬ ‫از‬ ‫دما‬ ‫وارونگی‬ ‫ارتفاع‬ (m)
‫محور‬ ‫از‬ ‫زمین‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫فاصله‬Z‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫با‬ ‫دود‬ ‫ستون‬ ‫پیرایه‬ ‫برخورد‬ ‫نقطه‬ ‫نخستین‬ ‫تا‬(m)=XL
‫شماره‬ ‫معادله‬(11)‫که‬ ‫زمانی‬ ‫برای‬ ‫فقط‬X ≥ XL‫و‬ ‫است‬ ‫معتبر‬ ‫باشد‬XL‫زیر‬ ‫مساوی‬ ‫عمودی‬ ‫پراکنش‬ ‫ضریب‬ ‫که‬ ‫دهد‬ ‫می‬ ‫رخ‬ ‫هنگامی‬
‫باشد‬.
Equation (12))(47.0 HLz
 X = XL ‫که‬ ‫موقعی‬

9. ‫نکات‬)
1-ϭz‫شماره‬ ‫معادله‬ ‫از‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬(12)‫نمودار‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫زده‬ ‫تخمین‬7.28b‫معادله‬ ‫یا‬(4)‫جدول‬ ‫از‬ ‫و‬7.9‫مقدار‬ ‫توان‬ ‫می‬
XL‫زد‬ ‫تخمین‬ ‫را‬.
2-‫برای‬X ≤ XL‫شماره‬ ‫معادله‬(1)‫گوس‬ ‫معادله‬ ‫خود‬
‫برای‬X ≥ 2XL‫معادله‬(11)‫دارد‬ ‫کاربرد‬Turner (1970)
‫برای‬XL < X < 2XL‫غلظت‬(C)‫میانیابی‬ ‫طریق‬ ‫از‬(Interpolation)‫بین‬X = XL‫و‬X = 2XL‫شود‬ ‫می‬ ‫زده‬ ‫تخمین‬
‫مثال‬)‫موثر‬ ‫ارتفاع‬ ‫با‬ ‫دودکشی‬ ‫بگیرید‬ ‫نظر‬ ‫در‬100 (m)‫آالینده‬ ‫خود‬ ‫از‬SO2‫نرخ‬ ‫با‬ ‫را‬200 (gr/sec)‫کند‬ ‫می‬ ‫منتشر‬.‫ارتفاع‬ ‫در‬ ‫باد‬
10 (m)‫سرعت‬ ‫با‬ ‫زمین‬ ‫سطح‬ ‫از‬5.5 (m/s)‫است‬ ‫وزش‬ ‫حال‬ ‫در‬.‫به‬ ‫دودکش‬ ‫ارتفاع‬ ‫در‬10 (m/s)‫است‬ ‫یافته‬ ‫افزایش‬.‫روز‬ ‫یک‬ ‫در‬
‫ارتفاع‬ ‫از‬ ‫دما‬ ‫وارونگی‬ ‫الیه‬ ‫است‬ ‫گرفته‬ ‫قرار‬ ‫سر‬ ‫باالی‬ ‫در‬ ً‫ا‬‫تقریب‬ ‫خورشید‬ ‫که‬ ‫تابستانی‬ ‫صاف‬300 (m)‫گرفتن‬ ‫شکل‬ ‫به‬ ‫شروع‬ ‫زمین‬ ‫سطح‬
‫است‬ ‫نموده‬.‫آالینده‬ ‫غلظت‬SO2‫معادل‬ ‫ای‬ ‫فاصله‬ ‫در‬ ‫را‬2‫وزش‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫زمین‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫اتمسفر‬ ‫با‬ ‫آالینده‬ ‫تماس‬ ‫نقطه‬ ‫نخستین‬ ‫برابر‬‫باد‬
‫بزنید‬ ‫تخمین‬ ‫را‬.

10. ‫مساله‬ ‫های‬ ‫داده‬
H = 100 (m)
SO2‫آالینده‬ ‫نوع‬
Q = 200 (gr/s)
Z2 = 10 (m)
U2 = 5.5 (m/s)
U1 = 10 (m/s)
‫تابستانی‬ ‫صاف‬ ‫روز‬ ‫یک‬=‫اتمسفری‬ ‫شرایط‬
L = 300 (m)
CSO2 =? @ X = 2XL
e y
y
Lu
Q
yxC
y


2
2
2
..2
),(
)(
5.0


=1
)(94)(47.0 mHLy
 XX L@
‫فاصله‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫جواب‬ ‫ما‬ ‫ولی‬2XL‫خواهیم‬ ‫می‬.C=‫جدول‬ ‫از‬ ‫پایداری‬ ‫طبقه‬7.8
‫شکل‬ ‫از‬7.28b‫معادالت‬ ‫از‬ ‫همچنین‬ ‫و‬3‫و‬4‫شود‬ ‫چک‬ ‫باید‬ ‫نیز‬.
XL = 1600 (m)‫نمودار‬7.28aϭy=300(m)
)(89),( 3
m
gryxC 
‫مثال‬ ‫جواب‬)