พลังงานและสิ่งแวดล้อม

วิศวกรคำนวณมลพิษจาก SmokeStacks อย่างไร

วิศวกรคำนวณมลพิษจาก SmokeStacks อย่างไร

เมื่อเรามองไปที่โลกและตรวจสอบแง่มุมที่ก่อให้เกิดมลพิษเราอาจถือว่าการสูบบุหรี่เป็นผู้กระทำความผิดที่เลวร้ายที่สุด แม้ว่าจะเป็นเรื่องจริงในทางเทคนิค แต่ปล่องควันก็มีจุดประสงค์สำคัญในการรักษาอากาศที่ระดับพื้นดินให้ปลอดภัยในการหายใจและช่วยจัดการมลพิษที่เกิดขึ้น

เมื่อย้อนกลับไปในอดีตก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมเราอาจทำให้ช่วงเวลาโรแมนติก เราอาจจินตนาการถึงเนินเขาที่กลิ้งไปมาการขาดโรงไฟถ่านหินการทำไร่การเกษตรกรรมและความตกต่ำของดินที่บางครั้งเราอาจโหยหาในวันนี้ แม้ว่าจะมีบางแง่มุมที่อาจเป็นจริง แต่เราต้องจำไว้ว่านี่เป็นช่วงเวลาหนึ่งก่อนที่จะมีการจัดการขยะหรือการจัดการมลพิษทางอากาศอย่างเหมาะสม

ในยุคก่อนอุตสาหกรรมเมื่อใดก็ตามที่ผู้คนเผาอะไรก็ตามควันจะลอยอยู่ใกล้พื้นดิน มลพิษทั้งหมดที่ผู้คนหลงลืมไปทั้งหมดจะคงอยู่ในที่ที่ผู้คนหายใจ แม้แต่สิ่งที่เราคิดว่าเป็นมลพิษทางธรรมชาติเช่นอนุภาคที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาไม้เพื่อให้ความอบอุ่นหรือปรุงอาหารก็อาจเป็นอันตรายอย่างมากต่อระบบทางเดินหายใจของมนุษย์

การประดิษฐ์ปล่องไฟ

จนกระทั่งถึงศตวรรษที่ 12 เมื่อมีการประดิษฐ์ปล่องไฟมนุษย์จึงมีวิธีจัดการกับมลพิษนี้และนำมันออกไปจากอากาศหายใจ เมื่อคุณพิจารณาว่าบ้านในอดีตมักถูกจุดด้วยตะเกียงน้ำมันก๊าดไม้หรือไฟพรุคุณจะเข้าใจได้ว่ามลพิษทางอากาศในร่มที่เป็นอันตรายจะย้อนกลับมาในวันนั้นได้อย่างไร ไม่ใช่สิ่งที่จะทำให้โรแมนติกแน่นอน

หลังจากการประดิษฐ์ปล่องไฟแล้วมันก็ค่อยๆทำซ้ำไปเรื่อย ๆ จนถึงประมาณศตวรรษที่ 18 เมื่อการปฏิวัติอุตสาหกรรมแพร่กระจายการใช้ปล่องไฟไปยังอาคารอุตสาหกรรมเช่นโรงงานและงานปลอม

ที่เกี่ยวข้อง: การศึกษาใหม่เชื่อมโยงมลพิษทางอากาศกับผู้ป่วยโรคเบาหวานทั่วโลก

ในขณะที่ลอนดอนในศตวรรษที่ 18 ปารีสนิวยอร์กซึ่งเป็นเมืองใหญ่ทั้งหมดในยุคนั้นมีมลพิษค่อนข้างมาก แต่จริงๆแล้วพวกเขาจะมีมลพิษมากกว่านี้หากโรงงานผลิตที่พวกเขาโฮสต์ไม่ได้ใช้ปล่องควัน ปล่องควันมีความสำคัญและจำเป็นสำหรับการรับมลพิษทางอากาศและองค์ประกอบที่เป็นพิษซึ่งจะเกาะอยู่ใกล้พื้นดินขึ้นไปยังระดับความสูงที่สูงขึ้นเพื่อให้สารมลพิษเหล่านั้นกระจายไปในบรรยากาศ แน่นอนว่าตอนนี้เรารู้แล้วว่ามลพิษในบรรยากาศระดับสูงอาจทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงได้เช่นกันดังนั้นปล่องควันสมัยใหม่จึงติดตั้งตัวกรองและตัวกรองด้วย

Smokestacks ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการปล่อยมลพิษจากโรงงานจะถูกเจือจางและกระจายไป พวกเขาตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารเคมีที่ได้จะกระจายไปในบริเวณกว้างซึ่งมีมลพิษที่มุ่งเน้นการเผาไหม้ดังนั้นผลกระทบเชิงลบจะลดลงบางส่วนในบริเวณใกล้เคียง

วิศวกรโดยเฉพาะวิศวกรสิ่งแวดล้อมและโยธาต้องรู้วิธีคำนวณการปล่อยปล่องควันเพื่อออกแบบ หากคุณมีปริมาณมลพิษที่มาจากพืชตามภูมิศาสตร์สถานที่ระดับความสูงและประเภทของสารมลพิษปล่องควันจะต้องสูงหรือกว้างเพียงใดจึงจะสามารถกระจายมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คำถามเหล่านี้เป็นคำถามที่วิศวกรต้องตอบ ก่อนที่เราจะไปถึงเทคนิคเพิ่มเติมของโซลูชันนั้นก่อนอื่นเรามาตรวจสอบว่าเหตุใดมลพิษทางอากาศจึงเป็นอันตรายตั้งแต่แรก กล่าวอีกนัยหนึ่งทำไมต้องใช้ความพยายามในการสร้างปล่องควัน?

มลพิษทางอากาศที่เป็นพิษก่อให้เกิดความเสี่ยงอะไร?

มลพิษทางอากาศเป็นหนึ่งในอันตรายที่มองไม่เห็นในยุคปัจจุบันของเรา บ่อยครั้งที่มันไม่อยู่ในความคิด แต่มันอาจส่งผลอันตรายต่อเราทุกคน

สารมลพิษทางอากาศส่วนใหญ่เข้าสู่ร่างกายโดยการหายใจ แต่วัสดุบางชนิดเช่นโลหะหนักสามารถหลุดออกจากอากาศและถูกพืชดูดซึมเข้าไปได้จากนั้นจะเข้าสู่ร่างกายเมื่อพืชถูกกินเข้าไป สารมลพิษอื่น ๆ สามารถดูดซึมผ่านผิวหนังได้

เมื่อสารมลพิษเหล่านี้เข้าสู่ร่างกายก็จะไปอยู่ในปอดหรือกระแสเลือดในที่สุดก็ไปสะสมในอวัยวะต่างๆโดยเฉพาะปอดและตับ ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพที่ร้ายแรงได้

เมื่อสารมลพิษมีความเข้มข้นสูงเพียงพอในร่างกายของคุณผลเสียต่อสุขภาพอาจรวมถึงการรบกวนการทำงานของร่างกายและทางเคมีตามปกติ ในระดับพื้นฐานที่สุดมลพิษจะเปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีในแต่ละเซลล์ซึ่งอาจทำให้เซลล์ตายการทำงานของเซลล์ลดลงหรือนำไปสู่มะเร็ง

มลพิษทางอากาศด้วยวิธีนี้อาจทำให้เกิดความเสียหายต่ออวัยวะภายในความพิการ แต่กำเนิดและมะเร็ง

สารมลพิษส่วนใหญ่มีระดับความสัมพันธ์ในการตอบสนองต่อปริมาณ ในกรณีส่วนใหญ่มลพิษเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไปจะไม่ก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรง อย่างไรก็ตามมลพิษที่มีความเข้มข้นสูงในช่วงเวลาสั้น ๆ หรือความเข้มข้นที่ต่ำลง แต่คงที่มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอาจทำให้เกิดปัญหาสุขภาพที่รุนแรงและยาวนานได้ อย่างไรก็ตามหากคุณเจือจางสารมลพิษบางส่วนให้เพียงพอความเป็นไปได้ทางสถิติที่สิ่งเหล่านี้จะเป็นอันตรายจะลดลงแม้ในช่วงเวลาที่ได้รับสารเป็นเวลานาน

ในบางกรณีของมะเร็งที่ขึ้นกับมลภาวะความสัมพันธ์ของการสัมผัสสารมลพิษต่อความเสี่ยงโดยทั่วไปถือว่าเป็นแบบเส้นตรง กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือยิ่งคุณเผชิญกับมลพิษมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งของคุณก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นทุกอย่างเป็นเชิงเส้นตรงกับความสัมพันธ์โดยตรง

ที่เกี่ยวข้อง: ขณะนี้ GOOGLE Maps มีโครงการคาร์บอนฟุตพรินต์ทางภูมิศาสตร์

เมื่อพูดถึงโรคอื่น ๆ ไม่รวมมะเร็งกราฟจะมีความละเอียดมากขึ้น สำหรับโรคอื่น ๆ ที่ไม่ใช่มะเร็งมีแนวโน้มที่จะมีความเสี่ยงน้อยกว่าในระดับที่ต่ำกว่า แต่ความเสี่ยงจะเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณเมื่อคุณได้รับสารในระดับปานกลาง จากนั้นเส้นโค้งความเสี่ยงจะแบนลงเล็กน้อยเมื่อการเปิดรับแสงสูงมากบ่งชี้ว่าความเสี่ยงของความเสียหายในระดับกลางและระดับสูงนั้นใกล้เคียงกัน

โดยทั่วไปนักวิทยาศาสตร์คำนวณความเสี่ยงมะเร็งตลอดชีวิตจากมลพิษโดยการคูณอายุการสัมผัสสูงสุดของสารมลพิษด้วยความสัมพันธ์ในการตอบสนองต่อปริมาณ การใช้คณิตศาสตร์ที่ติดตามตามแนวเดียวกันนี้วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ด้านสิ่งแวดล้อมสามารถคาดการณ์ความเสี่ยงมะเร็งที่เพิ่มขึ้นในประชากรที่อาศัยอยู่ใกล้แหล่งที่มาบางแห่งกล่าวว่าโรงงานขนาดใหญ่

โดยทั่วไปแล้วสิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการคำนวณความเสี่ยงเหล่านี้เป็นเพียงการประมาณเท่านั้น ระดับที่แน่นอนของความเสี่ยงและผลของการสัมผัสกับมลพิษโดยเฉพาะมีแนวโน้มที่จะปรากฏขึ้นหลังจากตรวจสอบตัวเลขข้อมูลสุขภาพและมลพิษตามความเป็นจริงเท่านั้น

โดยทั่วไปวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่ระหว่างการประเมินความเสี่ยงสำหรับปล่องควันหรือมลพิษทางอากาศจะรวมปัจจัยด้านความปลอดภัยไว้ในการคำนวณ

การคำนวณมลพิษจากปล่องควัน

ตอนนี้เราได้พูดคุยกันเล็กน้อยเกี่ยวกับอันตรายจากมลพิษทางอากาศและวิธีที่วิศวกรอาจได้รับการประเมินความเสี่ยงสำหรับมลพิษแต่ละชนิดเราสามารถเข้าไปดูในด้านเทคนิคว่าวิศวกรจะพิจารณาได้อย่างไรว่าปล่องควันจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงใดและจะมีผลกระทบอย่างไรต่อ อากาศโดยรอบ

เมื่อควันหรืออากาศออกจากปล่องควันพฤติกรรมของมันขึ้นอยู่กับตัวแปรจำนวนเท่าใดก็ได้ สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงอุณหภูมิของควันที่สัมพันธ์กับอากาศรูปแบบลมปริมาตรขนาดอัตราการไหลระดับความสูงและอื่น ๆ ด้วยเหตุนี้ลักษณะการทำงานของควันจึงแตกต่างกันไปอย่างมากในสภาพของโลกแห่งความเป็นจริง แต่เพื่อประโยชน์ในการจำลองและการคำนวณวิศวกรจึงได้แบ่งประเภทของปล่องควันทิ้งหรือควันที่ออกจากกองเป็นขนนกหลายประเภท ตัวอย่างเหล่านี้สามารถดูได้จากภาพด้านล่างจาก Benoit Cushman-Roisin จาก Thayer School of Engineering ที่ Dartmouth College

แผนภาพเหล่านี้ควรให้คำแนะนำสั้น ๆ ว่าการคำนวณและวัดมลพิษจากปล่องควันนั้นยากเพียงใด ฉันจะต้องลากเส้นในบทความนี้ด้วยการแนะนำเบื้องต้นเกี่ยวกับสิ่งที่ปล่องควันทำแทนที่จะเรียกใช้การคำนวณปล่องควันจริง เนื่องจากบทความนี้ไม่ได้เน้นในเชิงวิชาการอย่างเคร่งครัด แต่เป็นบทความสำหรับการศึกษาทั่วไป ฉันจะเจาะลึกกระบวนการคำนวณปล่องควันและขนนกและหยุดก่อนที่จะทำอะไรทางเทคนิคขั้นสูง หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมตำราวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งที่จำเป็น

โดยทั่วไปแล้วขนนกจากปล่องควันจะเป็นแบบเสียน (Gaussian in Flow) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือความเข้มข้นของควันจะอยู่ในรูปของเส้นโค้งระฆังในหน้าตัด เมื่อควันทิ้งกองสูง ในที่สุดมันจะกลายเป็นขนนก - ซึ่งเป็นทางเดินของก๊าซ ความสูงต้นกำเนิดของขนนกนี้ อาจสูงกว่าความสูงปล่องควัน เนื่องจากการลอยตัวของสารมลพิษ โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่าควันจะลอยขึ้นเล็กน้อยก่อนที่จะกลายเป็นขนนก

ที่เกี่ยวข้อง: เขื่อนกอร์สทั้ง 3 แห่งเป็นภัยพิบัติทางสิ่งแวดล้อมหรือไม่?

ในขณะที่หน้าตัดของขนนก ณ จุดใดจุดหนึ่งอาจมีรูปร่างที่หลากหลาย แต่ในความเป็นจริงแล้วหน้าตัดเฉลี่ยของขนนกจะอยู่ใกล้กับรูปร่างแบบเกาส์เซียนซึ่งเป็นสาเหตุที่วิศวกรโดยทั่วไปสามารถสันนิษฐานได้

ดูแผนภาพด้านล่างเพื่อให้เข้าใจแนวคิดที่เราเพิ่งกล่าวถึงได้ดีขึ้นเล็กน้อย คุณสามารถเห็นตัวแปรทั้งหมดในการเล่นได้อย่างชัดเจนในช่องว่างเดียว

โดยทั่วไปวิศวกรจะกังวลมากที่สุดกับความเข้มข้นระดับพื้นดินจากขนนกในระยะทางที่กำหนด ตัวอย่างเช่นสมมติว่ามีเมืองอยู่ห่างออกไป 25 ไมล์จากขนนก วิศวกรสิ่งแวดล้อมต้องการคำนวณความเข้มข้นของขนนกที่ระดับระหว่างพื้นดินและความสูงที่กำหนดโดยมีค่าเท่ากับ x = 25 ไมล์

ในช่วงเวลาที่มีลมแรงสารมลพิษจากปล่องควันจะถูกเจือจางในอัตราที่สูงขึ้นโดยสมมติว่ามีอัตราการไหลจากกองขยะเท่าเดิม ในกรณีนี้ลมแรงสามารถช่วยเจือจางสารมลพิษได้เร็วขึ้นแม้ว่าลมจะทำให้เกิดความปั่นป่วนการเปลี่ยนรูปร่างของขนนกและเปลี่ยนแปลงการคำนวณ

เมื่อพิจารณาความเข้มข้นของขนนกที่พื้น ณ จุดที่กำหนดสูตรอาจมีลักษณะดังนี้:

พื้น เป็นสมาธิ เป็นอัตราการปล่อย ยู เป็นความเร็วลมที่ความสูง คือค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวในแนวนอนσz เป็นค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวในแนวตั้ง เป็นระยะทางข้ามลมและ เป็นความสูงของสแต็กที่มีประสิทธิภาพ

หากไม่มีปริญญาวิศวกรรมหรืออย่างน้อยก็เข้าใจสมการนี้คุณคงไม่อยากลองคณิตศาสตร์ นี่คือเหตุผลที่ฉันตัดสินใจหยุดบทความนี้ไว้ที่จุดเกริ่นนำอย่างแท้จริง

คุณสามารถใช้สมการและสลับไปมาเพื่อแก้ปัญหาสำหรับตัวแปรที่กำหนดและคุณสามารถคำนวณความสูงที่คุณต้องการปล่องควันได้โดยพิจารณาจากความเข้มข้นของสารมลพิษทางอากาศที่ได้รับการอนุมัติในระยะทางที่กำหนด คณิตศาสตร์และวิศวกรรมเป็นสิ่งที่ยอดเยี่ยมไม่ใช่หรือ? เกือบจะเหมือนกับว่ามีวิธีการขับเคลื่อนด้วยข้อมูลเชิงประจักษ์เพื่อให้รู้และเข้าใจทุกสิ่งรอบตัวเรา อ่าวิศวะ

ฉันได้เห็นเพียงส่วนปลายของภูเขาน้ำแข็งในโพสต์นี้โดยให้สมการเดียวกับแบบจำลองไม่กี่แบบที่เน้นความซับซ้อนของการออกแบบและการคำนวณปล่องควัน ฉันเคยช่วยคุณไว้จากเส้นโค้ง Pasquill ที่ใช้ในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวจากโปรไฟล์ความเร็วลมตามระดับความสูงและจากสมการย่อยอื่น ๆ ที่จำเป็นในการทำให้ทุกอย่างสมดุล

วิศวกรสิ่งแวดล้อมไม่เพียงนั่งกังวลเรื่องการละลายของน้ำแข็งทั้งวัน แต่พวกเขาเป็นผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดีเพื่อให้คุณปลอดภัยจากอันตรายต่างๆในโลกรอบตัว ในขณะที่คุณอาจคำนวณสมการปล่องควันไม่ได้ในตอนนี้หวังว่าโพสต์นี้จะช่วยให้คุณเข้าใจความซับซ้อนมากมายของสิ่งที่ง่ายที่สุดบางอย่างรอบตัวเราแม้แต่ปล่องควันธรรมดา


ดูวิดีโอ: แจงสาเหตสะพานวงแหวนรอบเมองโคราชพงถลม คนงานเจบ 9 เครนพลาดเกยวนงราน (ตุลาคม 2021).