Upload
tam-tran
View
1.188
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
kha nag tim kiem la vo bo ben
Citation preview
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 1 -
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 1
Chƣơng 1: Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ..................................................................................... 3
1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH ...................................................................................... 3
1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên ............................................................................................ 3
1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo ............................................................................................ 4
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ ........ 6
1.2.1 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con ngƣời ....................................... 6
1.2.2 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến động vật ......................................................... 7
1.2.3 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến thực vật .......................................................... 7
1.2.4 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu ........................................................... 8
1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí .......................................................... 9
1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ ............................. 13
Chƣơng 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI ............................................................................... 19
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI .................................................. 19
2.1.1 Khái niệm ................................................................................................................. 19
2.1.2 Phân loại .................................................................................................................. 20
2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi: ................................................................................... 20
2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói: ............................................................................ 21
2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH ............................... 25
2.2.1 Buồng lắng. .............................................................................................................. 25
2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính. ........................................................................................ 29
2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM ................................................................................ 30
2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang ................................................................... 30
2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng. ............................................................................ 33
2.4 LƢỚI LỌC BỤI ....................................................................................................... 36
2.4.1 Giới thiệu chung. ..................................................................................................... 36
2.4.2 Các dạng khác nhau của lƣới lọc bụi: ...................................................................... 37
2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN ......................................................................... 40
2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc ........................................................................ 40
2.5.2 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi .................................................... 42
2.5.3 Phân loại: ................................................................................................................. 43
2.5.4 Phƣơng trình của thiết bị lọc bụi bằng điện: ............................................................ 43
2.5.5 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi bằng điện: .......................................... 45
2.6 THIẾT BỊ LỌC BỤI KIỂU ƢỚT. ........................................................................... 46
2.6.1 Buồng phun - Thùng rửa khí rỗng. .......................................................................... 47
2.6.2 Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng đƣợc tƣới nƣớc. ............................ 47
2.6.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí )có đĩa chứa nƣớc sủi bọt. ................................................. 50
Chƣơng 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP .......................... 52
3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI ..................... 52
3.1.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng ...................................................................................... 52
3.1.2 Hấp phụ khí bằng vật liệu rắn .................................................................................. 60
3.1.3 Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt ................................................................... 70
3.1.4 Xử lý ô nhiễm bằng phƣơng pháp sinh học ............................................................. 79
3.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SUNFUĐIOXIT SO2 ................................................. 86
3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nƣớc ..................................................................................... 86
3.2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi CaCO3 hoặc vôi nung CaO ........................................... 88
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 2 -
3.2.3 Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ ....................................................................... 90
3.2.4 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn ................................................................ 93
3.2.5 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính ...................................................................... 93
3.2.6 Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc–Quá trình LURGI ....................... 95
3.2.7 Xử lý khí SO2 bằng nhôm oxít kiềm hoá ................................................................. 96
3.2.8 Xử lý khí SO2 bằng mangan oxít (MnO) ................................................................. 98
3.2.9 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền ...................................... 100
3.2.10 So sánh lợi ích kinh tế của một số phƣơng pháp xử lý khí SO2 ............................ 102
3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ĐIHIĐRO SUNFUA H2S ........................................ 103
3.3.1 Xử lý H2S bằng Natri cacbonat, amoni cacbonat, hoặc kali phốtphát ................... 103
3.3.2 Xử lý khí H2S bằng dung dịch amoniac ................................................................ 105
3.3.3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính ......................................................................... 105
3.3.4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ sắt oxít Fe2O3 ......................................................... 106
3.3.5 Xử lý H2S bằng Natri thioasenat Na4As2S5O2 ....................................................... 108
3.3.6 Xử lý H2S bằng xút NaOH..................................................................................... 109
3.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx ..................................................... 110
3.4.1 Hấp thụ NOx bằng dung dịch amoni cacbonat ....................................................... 110
3.4.2 Hấp thụ khí NOx bằng nƣớc ................................................................................... 111
3.4.3 Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel và than hoạt tính ................................ 112
3.4.4 Giảm thiểu có xúc tác lƣợng khí NOx bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau ....
........................................................................................................................... 112
3.4.5 Giảm thiểu sự phát sinh khí NOx bằng các điều chỉnh quá trình cháy .................. 115
3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ FLO VÀ HỢP CHẤT CỦA FLO. ........................... 116
3.5.1 Hấp thụ khí florua bằng nƣớc. ............................................................................... 116
3.5.2 Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH. ................................................. 117
3.6 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CLO. ......................................................................... 118
3.6.1 Khử khí clo bằng sữa vôi. ...................................................................................... 118
3.6.2 Xử lý khí clo theo phƣơng pháp axit. .................................................................... 120
3.7 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI .................................................. 121
3.7.1 Khái niệm chung về mùi và các chất có mùi ......................................................... 121
3.7.2 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trƣờng bên trong nhà ......................................... 123
3.7.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp thụ ..................................................... 124
3.7.4 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp phụ .................................................... 124
3.7.5 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt ................................................... 124
Tài Liệu Tham Khảo .......................................................................................................... 126
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 3 -
Chƣơng 1
Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH
Nguồn gây ô nhiễm không khí là nguồn sinh ra các chất ô nhiễm.
Dựa vào nguồn gốc phát sinh: ta có nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm
nhân tạo
1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên
1. Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa
Hoạt động của núi lửa phun ra một lƣợng khổng lồ nham thạch nóng và nhiều
khói bụi với các chất ô nhiễm nhƣ tro bụi, khí SO2, NOx, H2S, CH4 có tác hại nặng
nề và lâu dài tới môi trƣờng. Không khí chứa bụi sẽ lan tỏa đi rất xa do nó đƣợc
phun lên rất cao.
2. Ô nhiễm do cháy rừng
Cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng nhƣ các hoạt động thiếu ý thức
của con ngƣời. Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và lan toả ra một khu
vực rộng lớn nhiều khi vƣợt ra khỏi biên giới quốc gia có rừng bị cháy. Các chất ô
nhiễm nhƣ khói, bụi, khí SOx NOx, CO, THC.
3. Ô nhiễm do bão cát
Hiện tƣợng bão cát thƣờng xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có lớp
phủ thực vật đặc biệt là sa mạc. Ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi, nó còn làm giảm
tầm nhìn.
4. Ô nhiễm do đại dương
Do quá trình bốc hơi nƣớc biển và bụi nƣớc do sóng đập vào bờ có kéo theo
một lƣợng muối (chủ yếu là NaCl và còn lại là các chất MgCl2, CaCl2, KBr) bị gió
đƣa vào đất liền. Không khí có nồng độ muối cao sẽ gây han gĩ vật liệu, phá huỷ
công trình xây dựng.
5. Ô nhiễm do thực vật
Các chất ô nhiễm do thực vật sản sinh ra và lan toả vào khí quyển là:
- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ÷hydrocacbon.
- Các bào tử thực vật, nấm: chúng thƣờng có nồng độ cực đại vào mùa hè.
- Phấn hoa có kích thƣớc từ 10 đến 50µm
Các chất này thƣờng gây ra bệnh dị ứng, bệnh đƣờng hô hấp đối với cơ thể con
ngƣời.
6. Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 4 -
Do quá trình lên men các chất hữu cơ khu vực bãi rác, đầm lầy của vi sinh vật
sẽ tạo ra các khí nhƣ metan (CH4), các hợp chất gây mùi hôi thối nhƣ hợp chất nitơ
(ammoniac - NH3), hợp chất lƣu huỳnh ( hydrosunfua - H2S, mecaptan) và thậm chí
có cả các vi sinh vật.
7. Ô nhiễm do các chất phóng xạ.
Trong lòng đất có một số khoáng sản và quặng kim loại có khả năng phóng xa.
Cƣờng độ phóng xạ càng mạnh và càng gây nguy hiểm cho con ngƣời khi những
vật chất phóng xạ có trong môi trƣờng không khí xung quanh.
8. Ô nhiễm có nguồn gốc từ vủ trụ.
Có rất nhiều hạt vật chất nhỏ bé xâm nhập vào bầu khí quyển của trái đất một
cách thƣờng xuyên liên tục. Bụi vủ trụ có mặt trong lớp khí quyển trên cao và hấp
thụ gần 50% ánh sáng mặt trời và chỉ phát xạ lại một phần nhỏ xuống mặt đất.
Ngƣời ta chia các hạt bụi vủ trụ thành hai nhóm tuỳ thuộc vào thành phần hoá
học của chúng:
- Bụi từ các thiên thạch: chứa các nguyên tố Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cr.
- Bụi từ các Siđerit (thiên thạch sắt, niken) chứa Fe, Co, Ni.
1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo
Nguồn nhân tạo cũng khá đa dạng, chủ yếu là do hoạt động giao thông vận tải,
hoạt động công nghiệp (đây là 2 nguồn ô nhiễm chính ở đô thị), ngoài ra còn một
phần nhỏ từ sinh hoạt của con ngƣời và hoạt động nông nghiệp.
1. Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải.
Sản sinh ra từ ống khói, ống xả của xe cộ, máy bay, tàu bè … chứa nhiều khí
CO, NO2 , NO , SO2 , SO3 , hạt bụi Pb, benzen và các dẫn xuất của benzen gây ung
thƣ …
Đặc điểm nổi bật của nguồn ô nhiễm giao thông vận tải là nguồn ô nhiễm rất
thấp, di động, số lƣợng lớn nên rất khó kiểm soát.
2. Nguồn ô nhiễm công nghiệp.
Do quá trình đốt nhiên liệu thải ra các chất độc qua ống khói.
Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các
đƣờng ống dẫn tải.
Đặc điểm của nguồn thải từ các nhà máy là nồng độ chất độc hại rất cao và tập
trung trong một không gian nhỏ.
Mỗi ngành sản xuất có những chất ô nhiễm đặc trƣng riêng của ngành đó.
Ví dụ : - sản xuất giấy : bụi , thiết bị nấu dung dịch sulfit : khí SO2 , SO3, …
- sản xuất thủy tinh : lò nấu thủy tinh : bụi, NOx , SO2, …
- nhà máy thuốc lá : bụi, mùi hôi và nicôtin …
3. Nguồn ô nhiễm từ sinh hoạt của con người.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 5 -
Chủ yếu là bếp đun và lò sƣởi sử dụng nhiên liệu than đá, củi, dầu hỏa và khí
đốt, nhƣng nhìn chung nguồn này nhỏ chỉ gây ô nhiễm cục bộ.
Ngoài ra , việc hút thuốc lá cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng
không khí, có hại đến sức khỏe do tạo ra các chất độc nhƣ : axeton, nêphanil,
nicotin … và nhiều chất gây ung thƣ.
Cống rãnh, môi trƣờng nƣớc mặt bị ô nhiễm, bốc hơi hay phân hủy tạo ra các
khí gây mùi hôi nhƣ : H2S , NH3 , CH4 … Khí thoát ra từ các hố xí.
Các công trình xây dựng, khai thác đá gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn.
Nhìn chung các nguồn ô nhiễm này là nhỏ nhƣng lại gây ra ô nhiễm cục bộ
trong một nhà hay trong một phòng.
4. Nguồn ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp
Hoạt động nông nghiệp tạo ra 15% tổng số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính
nhƣ :
+ CO2 tạo ra do quá trình đốt rừng làm rẫy, do hỏa hoạn.
+ CH4 sinh ra từ các cánh đồng ẩm ƣớt hay từ các quá trình phân giải yếm khí
chất hữu cơ nhƣ : mùn, phân gia súc …
Nhận xét :
Về khối lƣợng tuy nguồn ô nhiễm nhân tạo ít hơn nguồn ô nhiễm tự nhiên
nhƣng lại độc hại hơn rất nhiều do thải ra nhiều chất độc hại hơn và lại ở gần khu
dân cƣ nơi có mật độ dân số đông.
Ngoài ra, còn có các cách phân loại nguồn ô nhiễm khác nhƣ:
Dựa vào tính chất hoạt động, gồm có:
- Nguồn phát thải liên tục
- Nguồn phát thải gián đọan
- Nguồn phát thải thất thƣờng
Dựa vào vị trí thải, có hai loại:
- Nguồn cố định: ống khói nhà máy, bếp sinh hoạt, núi lửa…
- Nguồn di động: giao thông vận tải…
Dựa vào mô hình tính toán, có 3loại:
Về độ cao:
- Nguồn thấp: hệ thống thông gió, xƣởng sản xuất…
- Nguồn cao: ống khói cao.
Về mặt hình thể:
- Nguồn điểm: ống khói
- Nguồn đƣờng: đƣờng giao thông mật độ xe chạy lớn,
- Nguồn mặt: bãi rác,
Về phƣơng diện nhiệt:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 6 -
- Nguồn nóng
- Nguồn nguội
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ
Bất kì một chất nào ở dạng khí, lỏng hay rắn khi thải vào môi trƣờng không khí
với nồng độ vừa đủ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống và hoạt động của con
ngƣời, động thực vật, đến các bề mặt và cảnh quan môi trƣờng đều đƣợc gọi là chất
ô nhiễm
Có 3 cách phân loại chất ô nhiễm không khí:
Cách thứ nhất: Dựa vào nguồn gốc phát sinh ngƣời ta chia chất ô nhiễm ra
làm hai loại:
- Chất ô nhiễm sơ cấp: là chất ô nhiễm sinh ra trực tiếp tại nguồn. Nhƣ khi đốt
than thì chất ô nhiễm sơ cấp là: bụi, SO2, CO, CO2, NO2
- Chất ô nhiễm thứ cấp: là chất ô nhiễm sinh ra trong quá trình biến đổi hoa
1học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau hoặc giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với
các chất có sẳn trong không khí. Ví dụ nhƣ H2SO3 là chất ô nhiễm thứ cấp sinh ra
do SO2 tác dụng với H2O.
Cách thứ hai: Dựa vào trạng thái vật lý, chất ô nhiễm chia ra làm 3 loại:
- Chất ô nhiễm ở dạng rắn: bụi, khói…
- Chất ô nhiễm ở dạng hơi (lỏng): hơi dung môi hữu cơ, hơi axit, hơi thủy
ngân…
- Chất ô nhiễm ở dạng khí: khí vô cơ, khí hữu cơ..
Cách thứ ba: Dựa vào kích thƣớc chất ô nhiễm không khí đƣợc chia ra làm 2
loại:
- Phân tử: các chất khí
- Hạt: bụi, khói, sƣơng…
1.2.1 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con ngƣời
Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm không khí đến sức khoẻ con ngƣời: phụ thuộc
vào nồng độ và thời gian tiếp xúc.
Khí CO: là một loại khí độc do nó phản ứng mạnh với hồng cầu trong máu
và tạo ra cacboxyl hemoglobin (COHb) làm hạn chế sự trao đổi và vận chuyển oxy
của máu đi nuôi cơ thể. Ái lực của CO đối với hồng cầu gấp 200 lần so với oxi.
Hồng cầu trong máu hấp thu CO nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ CO trong
không khí, thời gian tiếp xúc của cơ thể với không khí ô nhiễm và mức độ hoạt
động của cơ thể.
Bình thƣờng nồng độ COHb trong máu đƣợc giữ ở mức 0.4% do khí CO sản
sinh bên trong cơ thể không phụ thuộc vào các nguồn bên ngoài. Khi hàm lƣợng
COHb trong máu từ 2 ÷ 5% bắt đầu có dấu hiệu ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung
ƣơng. Khi hàm lƣợng COHb trong máu tăng đến 10 ÷ 20% các chức năng hoạt
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 7 -
động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thƣơng. Nếu hàm lƣợng COHb
tăng đến ≥ 60% - tƣơng ứng với nồng độ khí CO trong không khí là 1000ppm thì
tính mạng bị nguy hiểm và dẫn đến tử vong.
Khí CO không đề lại hậu quả bệnh lý nghiêm trọng lâu dài hoặc gây ra khuyết
tật nặng nề đối với cơ thể. ngƣời bị nhiễm CO khi rời khỏi nơi ô nhiễm, nồng độ
COHb trong máu giảm dần do CO thoát ra ngoài qua đƣờng hô hấp.
Khí NOx: Tác hại của NOx tƣơng đối chậm và khó nhận biết, chủ yếu là gây
ra bệnh mãn tính về đƣờng hô hấp nhƣ viêm xơ phổi mãn tính.
Khí SO2: có mùi khét ngột ngạt. Những ngƣời tiếp xúc thƣờng xuyên với
khí SO2 khoảng 5ppm hoặc hơn thì độ nhạy về mùi giảm. Nếu tiếp xúc nồng độ cao
hơn gây xuất tiết nƣớc nhầy và sƣng tấy thành khí quản.
Khí H2S: không màu, dễ cháy và có mùi trứng thối, gây chảy nƣớc mắt; viêm
mắt, viêm tuyến hô hấp
Khí Cl: có màu xanh, mùi hăng cay. Gây hại đối với mắt, da, đƣờng hô hấp.
hít thở không khí có Cl, sẽ cảm thấy khó thở, bỏng rát da, cay đỏ mắt và nhìn bị mờ.
Khí NH3: trong không khí tồn tại ở dạng lỏng, khí, không màu, có mùi khai
hắc. Làm viêm da, viêm mắt và đƣờng hô hấp.
Khí O3: Gây viêm mắt, chảy nƣớc nhầy đƣờng hô hấp, khô cổ họng, đau đầu,
loạn nhịp thở.
Bụi: Gây tổn thƣơng đối với mắt, da, hệ hô hấp và hệ tiêu hoá. Gây ra bệnh
hen suyễn, bệnh phổi
1.2.2 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến động vật
Các chất ô nhiễm không khí thâm nhập vào cơ thể động vật bằng hai con
đƣờng: con đƣờng hô hấp do hít thở không khí bị ô nhiễm và con đƣờng tiêu hóa do
ăn cỏ, lá cây bị nhiễm độc.
Những chất ô nhiễm chủ yếu gây hại cho động vật là:
Khí SO2: gây tổn thƣơng lớp mô trên cùng của bộ máy hô hấp, gây bệnh khí
thũng và suy tim.
Khí CO: làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu trong máu.
Khí HF: gây viêm khí quản, viêm phổi ở các loài chuột lang và thỏ. Với
nồng độ cao trên 8mg/m3 HF có thể gây chết do viêm phổi nặng. Ngoài ra, khi ăn cỏ
có chứa những hợp chất của flo, các loài cừu, bò thƣờng bị hỏng răng.
1.2.3 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến thực vật
Thực vật có độ nhạy cảm với ô nhiễm môi trƣờng cao hơn so với ngƣời và động
vật. Sự sinh trƣởng bình thƣờng của thực vật đòi hỏi phải có đủ các yếu tố: ánh
sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dƣỡng và trạng thái thích hợp của đất trồng. Thế
nhƣng, ô nhiễm không khí lại đóng vai trò quan trọng trong sự phá hủy trạng thái
cân bằng của các yếu tố này.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 8 -
Ảnh hƣởng của ô nhiễm môi trƣờng rất khác biệt từ loài này sang loài khác.
Cùng một chất ô nhiễm với nồng độ nhƣ nhau, nhƣng ở loài này thì bị ảnh hƣởng
nặng, còn ở loài khác lại có thể chịu đựng tốt. Khi môi trƣờng không khí bị ô nhiễm
(trong lúc các yếu tố ngoại cảnh khác vẫn đƣợc đảm bảo bình thƣờng) thì các quá
trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nƣớc của cây cối đều bị ảnh hƣởng và biểu
hiện bằng các triệu chứng sau đây:
Tốc độ tăng trƣởng: cây chậm lớn do quá trình quang hợp và hô hấp bị hạn
chế.
Hiện tƣợng lá vàng úa hoặc bạc màu: khi không khí bị ô nhiễm, quá trình
quang hợp bị kìm hãm, không tổng hợp kịp chất diệp lục để nuôi cây. Chất diệp lục
tích trữ trong cây bị tiêu hao với tốc độ nhanh hơn tốc độ sản sinh ra chúng từ quá
trình quang hợp. Vì thế, lá cây dần dần bị vàng úa, bạc màu.
Cây chết từng bộ phận hoặc chết hẳn toàn bộ: khi sự mất cân bằng của các
yếu tố sinh trƣởng vƣợt quá mức chịu đựng của cây thì các phản ứng hóa sinh trong
các tế bào và các mô của cây không xảy ra đƣợc. Từ đó dẫn đến cái chết từng bộ
phận hoặc toàn bộ cây.
1.2.4 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu
1. Đối với vật liệu kim loại.
Khí SO2 là tác nhân gây han gỉ rất mạnh đối với kim loại. Khi gặp ẩm trong
không khí hoặc trên bề mặt vật liệu, SO2 biến thành H2SO4 và tác dụng với kim loại
để tạo thành muối sunfat. Đó là quá trình han gỉ.
Ngƣời ta quan sát thấy không khí bị ô nhiễm bởi SO2 gây han gỉ còn mạnh hơn
cả không khí chứa nhiều tinh thể muối ở vùng biển.
Bụi trong không khí cũng có tác dụng làm tăng cƣờng quá trình han gỉ của kim
loại, đặc biệt là bụi than, bụi xi-măng có chứa SiO2 và vôi.
Hợp kim nhôm có độ bền vững cao dƣới tác động hóa học của không khí ô
nhiễm, tuy nhiên, bề mặt của vật liệu đã hoàn thiện cũng có thể bị bào mòn hoặc
hoen ố do bụi bám.
2. Đối với vật liệu xây dựng.
Các chất ô nhiễm nhƣ khí CO2, SO2 có tác hại rất lớn đối với vật liệu xây dựng
có nguồn gốc từ đá vôi. Khi gặp ẩm và oxi, các chất ô nhiễm nói trên tác dụng với
đá vôi (CaCO3) tạo thành muối CaSO4 tan đƣợc trong nƣớc làm cho công trình có
thể bị hƣ hỏng nặng.
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
CaSO3 + ½ O2 = CaSO4
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 + SO2 + ½ O2 = CaSO4 + 2CO2 + H2O
Ngoài tác động về mặt hóa học đối với vật liệu xây dựng, ô nhiễm bụi trong
không khí cũng gây tác hại đáng kể do quá trình cọ xát bào mòn các bề mặt công
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 9 -
trình bằng đá, gạch, kính, sơn khi có gió mạnh, tƣơng tự nhƣ quá trình xử lý bề mặt
bằng máy phun cát.
3. Đối với vật liệu sơn:
Lớp sơn trên bề mặt sản phẩm, thiết bị, dụng cụ hoặc công trình có thể bị tác
động bởi bụi dạng rắn hoặc lỏng có chứa nhiều hợp chất hóa học khác nhau, gây ra
sự mài mòn hoặc phản ứng phân hủy chất sơn. Tác hại gây ra trên cả hai phƣơng
diện kinh tế và mỹ quan không những đối với công trình và đồ vật thông thƣờng mà
còn đối với cả các tác phẩm nghệ thuật, hội họa.
Khí H2S trong không khí ô nhiễm có phản ứng trực tiếp với các hợp chất của
chì trong sơn để tạo thành PbS làm cho màu sơn bị xỉn tối.
4. Đối với vật liệu dệt.
Những nguyên liệu để dệt vải nhƣ bông, len, sợi tổng hợp là những vật liệu
nhạy cảm với các chất ô nhiễm gốc axit. Khí SO2 làm giảm độ bền dẻo của sợi, vải.
Khí SO2 cũng có phản ứng với thuốc nhuộm làm cho thuốc nhuộm kém chất lƣợng,
không đạt đƣợc màu sắc mong muốn hoặc hƣ hỏng. Bụi trong không khí cũng gây
tác hại đáng kể cho đồ may mặc, làm cho quần áo bẩn nhanh, bị mài mòn nhanh,
nhất là khi bụi có chứa các thành phần nhƣ SO2, H2S…
Ngoài ra cũng cần nói thêm rằng: các yếu tố môi trƣờng khác nhƣ nhiệt độ, ánh
sáng, độ ẩm, gió… cũng tham gia vào việc gây tác hại cho sản phẩm dệt may.
5. Đối với vật liệu điện, điện tử.
Nguyên nhân thông thƣờng khiến cho các thiết bị điện công suất thấp bị trục
trặc là do bụi bám trên các công tắc tiếp xúc, cầu dao làm cho mạch điện không
thông suốt khi đóng điện. Sự việc có thể nguy hại hơn, nếu trong bụi có chứa các
hợp chất ăn mòn kim loại. Bụi cũng có thể bám trên các bộ phận cách điện của
đƣờng dây cao thế, khi gặp ẩm, sƣơng hoặc mƣa, lớp bụi ẩm có thể trở thành vật
dẫn điện và gây ra hiện tƣợng phóng điện rất nguy hiểm. Ngƣời ta cũng nhận thấy
rằng: đầu bịt paladium gốc niken của công tắc điện bị ăn mòn và hình thành lớp gỉ
màu xanh cách điện. Kết quả này do thành phần nitrat có mặt trong bụi gây nên.
6. Đối với vật liệu giấy, da thuộc, cao su.
Khí SO2 gây tác hại mạnh đối với giấy và da thuộc, làm cho độ bền, độ dai của
chúng bị giảm sút. Còn cao su thì rất nhạy cảm với ozon. Ozon làm cho cao su bị
cứng giòn, giảm sức bền và nứt nẻ.
1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí
1. Mưa axit.
Mƣa axit là sự kết hợp của mƣa, sƣơng mù, tuyết, mƣa đá với axit sunfuric, axit
nitric có nồng độ loãng (pH < 5,6). Oxit lƣu huỳnh, oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt
cháy các nhiên liệu khoáng chúng bị oxi hóa trong khí quyển trong thờI gian dài từ
vài giờ đến nhiều ngày và biến thành axit sunfunric và axit nitric rồi theo mƣa tuyết
rơi xuống mặt đất. Từ những năm 1950, nƣớc Mỹ đã xuất hiện các trận mƣa axit.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 10 -
Năm 1979, ở Trung Quốc, mƣa axit lần đầu tiên xuất hiện, chủ yếu ở khu vực sông
Trƣờng Giang, phía Đông cao nguyên Thanh Hải và bồn địa Tứ Xuyên.
Thông thƣờng, nếu khí quyển hòan tòan trong sạch, không bị ô nhiễm bởi các
loại khí SO2 và NOx thì pH của nƣớc mƣa khỏang 5.6 tức là thuộc tính axit do khí
CO2 trong khí quyển tác dụng với nƣớc nƣớc mƣa. Khi khí quyển bị ô nhiễm khí
SO2 và NOx thì pH nƣớc mƣa sẽ nhỏ hơn 5.6 và ta sẽ có mƣa axit. Khi pH của nƣớc
mƣa nhỏ hơn 4.5 bắt đầu có tác hại đối với cá và thực vật.
Các nguy hại của mƣa axit chủ yếu là làm cho sông hồ bị axit hoá, cây cối bị
khô héo, các loại cá bị chết, đe doạ sức khỏe con ngƣời. Dựa vào di chuyển của gió,
mây mƣa axit có thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng
lớn.
- Rừng bị hủy diệt. Mƣa axit làm tổn thƣơng lá cây, trở ngại quá trình quang
hợp, làm cho lá cây bị vàng úa và rơi rụng. Mƣa axit làm cho chất dinh dƣỡng trong
đất bị tan mất, có tác dụng phá hoại sự cố định đạm của vi sinh vật và sự phân giải
các chất hữu cơ, làm giảm độ màu mỡ của đất. Mƣa axit còn cản trở sự sinh trƣởng
của bộ rễ làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại. Toàn châu Âu đã có
khoảng 14% rừng bị những cơn mƣa axit tàn phá, riêng nƣớc Đức bị tàn phá tới
50%. Rừng trên thế giới bị mƣa axit tàn phá, tổn thất về gỗ hằng năm đã vƣợt quá
10 tỉ đô la.
- Nước hồ bị axit hoá. Mƣa axit làm ô nhiễm nguồn nƣớc trong hồ và phá
hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong
nƣớc. Ở Thụy Điển có hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bị axit hoá với mức độ khác
nhau; 80% nƣớc hồ của miền Nam Na Uy bị axit hoá.
- Sản lượng nông nghiệp bị giảm. Mƣa axit là yếu khả năng quang hợp của
cây, phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khó khăn. Mƣa
axit còn ức chế việc phân giải các chất hữu cơ và cố định đạm trong đất, rửa trôi các
nguyên tố dinh dƣỡng trong đất (Ca, Mg, K) làm cho đất bị nghèo hoá. Theo điều
tra của Nhật Bản, mƣa axit làm một số cây ngũ cốc và lúa mì bị giảm tới 30% sản
lƣợng. Mƣa axit còn hoà tan các kim loại độc hại (Hg, Cd, Al...) do đó làm giảm giá
trị sử dụng cuả sản phẩm nông nghiệp, thậm chí không thể dùng đƣợc.
SO2, NO2
SO2 nắng, H2O H2SO4
NO2 HNO3
Mƣa axit
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 11 -
Hình 1.1: Chu trình tạo mƣa axit trong khí quyển
- Làm tổn hại đến sức khoẻ con người. Khí SO2 là chất chủ yếu gây ra mƣa
axit, rất nguy hiểm cho sức khỏe con ngƣời. Khi hít phải SO2 với nồng độ nhất định
hô hấp sẽ bị kích thích mạnh. Liều SO2 gây nguy hiểm sau 30 đến 60 phút hít thở là
260-130 mg/m3. Độc tính chung của SOx là rối loạn chuyển hoá protein và đƣờng,
thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza. Hấp thu lƣợng lớn SO2 có khả năng
gây bệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăng cƣờng quá trình ôxy hóa
Fe2+
thành Fe3+
.
- Gây ra ăn mòn các vật kiến trúc. Thành cổ Aten nổi tiếng, tƣợng nhân sƣ của
Ai cập, do bị những trận mƣa axit mà ngày càng bị xâm thực hỏng dần.
2. Hiệu ứng nhà kính.
Bức xạ cực đại từ mặt trời xuống trái đất là bức xạ sóng ngắn gồm các tia trông
thấy có bƣớc sóng = 0,4 ÷0,8m, các tia cực tím = 0,1 ÷0,4m và một phần các
tia cận hồng ngoại = 0,8 ÷5m.
Bức xạ cực đại từ mặt đất vào bầu trời là bức xạ sóng dài thuộc vùng hồng
ngoại có bƣớc sóng từ = 3 ÷60m.
Các chất ô nhiễm không khí nhƣ CO2, CH4, N2O, CFC (cloroflorocacbon), O3
và hơi nƣớc là những chất gần nhƣ trong suốt đối với tia sóng ngắn, ngƣợc lại đối
với các bức xạ sóng dài, tia hồng ngoại thì chúng hấp thụ rất mạnh.
Hiệu ứng nhà kính chính là hiện tƣợng các chất ô nhiễm không khí nhƣ CO2,
CH4, CFC, N2O, O3, hơi nƣớc cản trở, hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ mặt đất rồi toả
nhiệt vào bầu khí quyển làm cho nhiệt độ khí quyển nóng lên.
Các chất CO2, CH4, N2O, CFC, O3, hơi nƣớc đƣợc gọi là khí nhà kính.
Sự gia tăng nhiệt độ do hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ đến nhiều mặt
của môi trường:
- Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm băng tan và dâng cao mực nƣớc biển. Nhƣ vậy
nhiều vùng sản xuất lƣơng thực trù phú, các khu đông dân cƣ, các đồng bằng lớn,
nhiều đảo thấp có thể bị chìm dƣới mực nƣớc biển.
- Làm thay đổi điều kiện sống bình thƣờng của các sinh vật. Một số loài sinh
vật thích nghi đƣợc sẽ phát triễn thuận lợi. Trong khi đó nhiều loài sẽ bị thu hẹp
không gian sống hoặc bị tiêu diệt do không kịp thích nghi với những biến đổi môi
trƣờng sống.
- Khí hậu toàn cầu sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hƣớng di
chuyển về phía hai cực của trái đất. Toàn bộ điều kiện sống của các quốc gia bị xáo
trộn. Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản bị ảnh hƣởng nghiêm
trọng.
- Nhiều loại bệnh tật mơi đối với con ngƣời xuất hiện, các loại dịch bệnh lan
tràn, sức khoẻ của con ngƣời bị suy giảm.
Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu trái đất:
- Sự nóng lên của khí quyển và trái đất nói chung.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 12 -
- Sự thay đổi thành phần chất lƣợng khí quyển có hại cho môi trƣờng sống của
con ngƣời và các sinh vật trên trái đất.
- Sự dâng cao mực nƣớc biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng
đất thấp, các đảo nhỏ trên biển.
- Sự di chuyển các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác
nhau của trái đất, dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh
thái và hoạt động bình thƣờng khác của con ngƣời.
- Sự thay đổi cƣờng độ hoạt động của quá trình hoàn lƣu khí quyển, chu trình
tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hoá khác.
- Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lƣợng và thành phần
của thuỷ quyển, thạch quyển, sinh quyển, thỗ nhƣỡng quyển.
Giải pháp khắc phuc:
Tại hội nghị thƣợng đỉnh về môi trƣờng họp tại Rio Janero năm 1992, các quốc
gia trên thế giới đã thông qua Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp
Quốc. Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu đặt ra mục tiêu: “Ổn định nồng độ các
khí nhà kính trong khí quyển ở mức có thể ngăn ngừa đƣợc sự can thiệp của con
ngƣời đối với hệ thống khí hậu”. Mức ổn định phải đạt một khung thời gian đủ cho
các hệ sinh thái thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, đảm bảo việc
sản xuất lƣơng thực không bị đe doạ và tạo khả năng phát triễn kinh tế một cách bền
vững. Các quốc gia tham gia công ƣớc phải tuân thủ 5 nguyên tắc sau:
- Các nƣớc phải bảo vệ hệ thống khí hậu.
- Cần phải xem xét đầy đủ những nhu cầu riêng và hoàn cảnh đặc thù của các
nƣớc đang phát triển.
- Các nƣớc phải thực hiện những biện pháp phòng ngừa, ngăn ngừa và giảm
nhẹ nguyên nhân gây biến đổi khí hậu.
- Các quốc gia có quyền và phải đẩy mạnh sự phát triễn bền vững.
- Các quốc gia phải hợp tác đẩy mạnh một hệ thống kinh tế quốc tế mở cửa và
tƣơng trợ.
Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu đặt ra các giải pháp nhằm khăc phục sự nóng
lên của toàn cầu nhƣ:
- Bảo toàn và nâng cao khả năng của các bể hấp thụ khí nhà kính nhƣ: các khu
rừng nhiệt đới và ôn đới, các sinh khối ở biển và đại dƣơng, các hệ sinh thái biển,
ven bờ và đất liền khác.
- Hợp tác trong việc chuẩn bị sự thích ứng với các tác động của sự thay đổi khí
hậu nhƣ quản lý tổng hợp vùng bờ biển, quản lý tài nguyên và nông nghiệp, phục
hồi các khu vực bị ảnh hƣởng bởi hạn hán, lũ lụt và sa mạc hoá.
- Tăng cƣờng hợp tác trong nghiên cứu và trao đổi thông tin khoa học, công
nghệ, kỹ thuật, kinh tế của các quốc gia để nâng cao thêm hiểu biết về nguyên nhân
và ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu cũng nhƣ hậu quả kinh tế xã hội của các chiến
lƣợc ứng phó với biến đổi khí hậu.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 13 -
- Tăng cƣờng và hợp tác trong giáo dục, đào tạo và truyền bá đại chúng liên
quan đến biến đổi khí hậu, đồng thời khuyến khích sự tham gia của cộng đồng vào
bảo vệ hệ thống khí hậu toàn cầu.
3. Sự suy giảm tầng ozon.
Sự rò rỉ và phát thải các chất CFC (cloroflorocacbon), cacbon tetraclorua (CCl4)
là nguyên nhân chính gây suy giảm tầng ozon.
Khi các chất này khuếch tán đến tầng bình lƣu thì chúng bị tấn công bởi các tia
cực tím và phân huỷ thành các nguyên tử Cl. Chính nguyên tử Cl này là nguyên
nhân gây suy giảm tầng ozon.
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O3 = Cl + 2O2
Nhƣ vậy một nguyên tử Clo biến nhiều phân tử O3 thành O2 thông thƣờng.
Hậu quả của sự suy giảm tầng ozon:
- Tăng khả năng mắc bệnh ung thƣ da
- Tăng khả năng mắc bệnh về mắt, đặc biệt là bệnh đục thuỷ tinh thể.
- Phá huỷ hệ thống miễn dịch của con ngƣời và động vật.
- Giảm năng suất cây trồng.
- Làm mất cân bằng hệ sinh thái động thực vật biển.
Các giải pháp bảo vệ tầng ozon:
Trƣớc sự gia tăng mức độ suy thoái tầng ozon, các quốc gia trên TG đã kí kết
Công ƣớc viên về bảo vệ tầng ozon và Nghi định thƣ Montreal về các chất làm suy
giảm tầng ozon.
Công ƣớc viên đƣợc ký kết năm 1985 gồm 21 điều khoản có mục đích cơ bản là
xây dựng hợp tác và hành động quốc tế nhằm nghiên cứu tầng ozon, bảo vệ tầng
ozon trƣớc các hoạt động của con ngƣời và bảo vệ sức khoẻ con ngƣời trƣớc những
thay đổi của tầng ozon. Các quốc gia tham gia có nhiệm vụ:
- Hợp tác trong quan trắc, nghiên cứu, trao đổi thông tin để hiểu rõ và đánh giá
tốt hơn ảnh hƣởng của các hoạt động con ngƣời tới tầng ozon và những ảnh hƣởng
đến sức khoẻ con ngƣời và môi trƣờng do biến đổi tầng ozon.
- Chấp nhận các biện pháp và hợp tác trong việc phối hợp các chính sách để
kiểm soát, hạn chế hoặc ngăn chặn các hoạt động có ảnh hƣởng có hại do sự biến
đổi hoặc gây ra sự biến đổi tầng ozon.
- Hợp tác trong hệ thống hoá các biện pháp và tiêu chuẩn đã nhất trí để thực
hiện công ƣớc và các văn bản kèm theo.
- Hợp tác với các cơ quan quốc tế có thẩm quyền để thi hành có hiệu quả công
ƣớc và các văn bản liên quan.
1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 14 -
Một chất sau khi thải vào không khí, chúng sẽ khuếch tán đi các nơi. Các yếu tố
điều kiện khí hậu, địa hình mặt đất và thành phần khí và bụi thải …đã ảnh hƣởng
đến sự phân bố chất ô nhiễm trong không gian và theo thời gian.
a. Ảnh hưởng của gió: Gió hình thành các chuyển động rối của không khí trên
bề mặt đất đóng vai trò chính trong sự phát tán chất ô nhiễm. Hai yếu tố quan trọng
cần quan tâm đó là hƣớng gió và tốc độ gió. Nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng khi tốc
độ gió giảm
b. Nhiệt độ: nhiệt độ không khí có ảnh hƣởng đến sự phân bố nồng độ chất ô
nhiễm trong không khí ở tầng gần mặt đất. Ở tầng này thông thƣờng càng lên cao
nhiệt độ càng giảm nhƣng trong một số trƣờng hợp có hiện tƣợng ngƣợc lại khi
càng lên cao (trong một tầm cao nào đó) nhiệt độ không khí càng tăng. Hiện tƣợng
này gọi là sự “nghịch đảo nhiệt”. Khi có nghịch nhiệt không khí trở nên rất ổn định
và cản trở mọi chuyển động thẳng đứng của từng bộ phận khí do lực nổi gây ra. Độ
ổn định do nghịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế sự trao đổi năng lƣợng gió của lới
không khí sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trên cao và do đó làm cản trở quá
trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phƣơng đứng lẫn phƣơng ngang mà hậu
quả là làm cản trở sự phát tán gây nồng độ đậm đặc nơi gần mặt đất. Trong quá khứ
đã từng xảy ra những lần có nghịch đảo nhiệt ở một vài vùng để lại tác hại lớn nhƣ
sự kiện ngộ độc khí của thành phố Luân Đôn.
Nghịch đảo nhiệt đƣợc hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:
- Làm lạnh lớp không khí từ bên trên.
- Làm nóng lớp không khí từ bên dƣới.
- Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dƣới lớp không khí ấm.
- Chuyển động của dòng không khí ấm trên lớp không khí lạnh.
Nghịch nhiệt do nguyên nhân thứ nhất gây ra là dạng nghịch nhiệt bức xạ. Dạng
nghịch nhiệt này thƣờng xuất hiện quanh năm vào nửa đêm đến sáng sớm, nhƣng về
mùa đông có thể kéo dài cả ban ngày khi năng lƣợng bức xạ mặt trời không đủ sức
phá vỡ lớp nghịch nhiệt. Đặc biệt ở những vùng khí hậu lạnh khi mặt đất có lớp
tuyết bao phủ, nghịch nhiệt có thể kéo dài từ 5 ÷7 ngày bởi vì tuyết phản xạ rất tốt
tia nắng mặt trời đồng thời là vật phát xạ mạnh các tia hồng ngoại.
Nguyên nhân thứ hai thƣờng xuất hiện ở vùng áp suất cao khi có lớp mây che
phủ trên bầu trời và hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống. Lớp nghịch
nhiệt này thƣờng có độ cao từ 400 ÷500 m đến 4000 ÷5000 m trên mặt đất.
Nguyên nhân thứ ba là trƣờng hợp dòng không khí lạnh từ các vùng đất cao vào
ban đêm tràn xuống các thung lũng tạo thành lớp không khí lạnh nằm dƣới lớp
không khí ấm và dẫn đến nghịch đảo nhiệt ở đáy thung lũng. Trƣờng hợp này nếu
có ngƣng tụ xảy ra thì lớp sƣơng giá sẽ hình thành và làm cho ánh nắng mặt trời vào
ban ngày không thể xuyên qua đƣợc, khi đó nghịch nhiệt có thể kéo dài vài ngày và
chỉ khi nào có gió mạnh hoặc bão nó mới bị quét sạch khỏi thung lũng.
Nguyên nhân thứ tư thƣờng xẩy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió của
sƣờn núi thổi xuống chân núi. Không khí này sẽ đƣợc ấm lên theo quá trình nén ép
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 15 -
đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dƣới chân núi
gây ra hiện tƣợng nghịch nhiệt với cƣờng độ mạnh và có thể kéo dài.
Tại cùng một địa điểm và cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt
cùng song song tồn tại: một lớp sát mặt đất đến độ cao 100 đến 200m và một lớp ở
độ cao từ 900 đến 1100m.
Tóm lại nghịch nhiệt có thể đƣợc hình thành và đƣợc tăng cƣờng trong các điều
kiện sau đây:
Thời tiết trong năm: về mùa đông nghịch nhiệt thƣờng kéo dài do mặt trời
không đủ sức làm ấm mặt đất để phá vỡ lớp nghịch nhiệt.
Khả năng hấp thu và nhả nhiệt của mặt đất: mặt đất trơ trụi không cỏ cây hấp
thụ và nhả nhiệt nhanh hơn so với mặt đất có lớp thực vật che phủ do đó tạo điều
kiện thuận lợi cho việc hình thành nghịch nhiệt. cũng tƣơng tự nhƣ vậy khi mặt đất
có lớp tuyết bao phủ.
Sƣơng mù, mây nhất là mây thấp và che kính bầu trời làm cho bức xạ mặt trời
không đủ sức làm ấm mặt đất.
Sự di chuyển các khối không khí ấm hoặc lạnh từ sƣờn núi xuống đồng bằng
hoặc từ các truyền đất cao xuống thung lũng.
Tất cả các dạng nghịch nhiệt dù ở sát mặt đất hay ở trên cao đều cản trở sự xáo
trộn của khí quyển và do đó dẫn đến sự tích tụ chất ô nhiễm, làm cho nồng độ chất ô
nhiễm có thể tăng lên rất cao, gây tác hại nghiêm trọng đến môi trƣờng sinh thái của
khu vực.
c. Ảnh hưởng của mưa: Mƣa có tác dụng làm sạch môi trƣờng không khí, các
hạt mƣa sẽ kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất độc hại trong không khí rồi
rơi xuống đất gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nƣớc.
Nhƣ vậy, mƣa thúc đẩy việc loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi không khí nhƣng
lại góp phần chuyển các chất ô nhiễm này vào đất, nƣớc…
Mƣa làm sạch bụi trên các lá cây, do đó làm tăng khả năng hút bụi của các dãy
cây xanh cách ly bảo vệ khu dân cƣ.
d. Ảnh hưởng của sương mù: Sƣơng mù dày đặc và kéo dài xác định hiện tƣợng
lắng đọng trong lớp khí quyển tại mặt đất . Đây là yếu tố khí tƣợng bất lợi cho sự
khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí. Chúng góp phần gây ra hiện tƣợng nghịch
đảo nhiệt và chúng có thể là nguyên nhân tạo thành khói mù độc hại.
.Đã có nhiều trƣờng hợp khói mù gây tai nạn thê thảm cho dân cƣ. Vì vậy tần số
hình thành, mật độ và độ ổn định của sƣơng mù ở một địa phƣơng nào đó cần đƣợc
phân tích cẩn thẩn trong việc thiết kế các công trình xử lý khí thải và thải khí
e. Địa hình mặt đất: ảnh hƣởng đến trƣờng gió trong khu vực và do đó ảnh
hƣởng đến việc phát tán chất thải. Dạng bề mặt, loại thảm thực vật cũng có ảnh
hƣởng đến sự phát tán chất thải.
Địa hình, độ gồ ghề của mặt đất và công trình nhà cửa có ảnh hƣởng rất lớn đến
chuyển động ngang của không khí trên mặt đất.
Địa hình:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 16 -
Trƣờng hợp địa hình không bằng phẳng, trên đƣờnglan truyền luồng khói gặp
vật cản có dạng nhƣ núi đồi, vực sâu, thủng lủng …trƣờng vận tốc gió sẽ bị thay
đổi, mức độ rối của khí quyển bị ảnh hƣởng và do đó luồng khói sẽ bị biến dạng,
kéo theo là sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói cũng nhƣ trên mặt
đất bị thay đổi.
Ở phía đón gió của sƣờn đồi luồng khói chuyển động theo các đƣờng dòng của
không khí và do đó có xu hƣớng vừa va đập vào sƣờn đồi vừa bị hất ngƣợc lên cao,
vì vậy nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao so với trƣờng hợp địa hình
bằng phẳng.
Ở phía khuất gió của ngọn đồi, bức tranh càng phức tạp hơn do có hiện tƣợng
quẩn gió làm cho chất ô nhiễm bị tù đọng lại trong khu vực này và không lan tỏa ra
xa hơn nữa.
Công trình, nhà cửa:
Khi gió thổi qua công trình, các gờ sắc cạnh của công trình sẽ hắt luồng gió lên
cao tạo ra độ rối có cƣờng độ và kích thƣớc lớn hơn nhiều so với độ rối tự nhiên của
bản thân luồng gió, làm cho luồng gió có khả năng bị thay đổi cả vận tốc lẫn chiều
hƣớng chuyển động.
Nhà cửa, công trình góp phần làm thay đổi trƣờng vận tốc của không khí. Ở
phía trƣớc công trình vận tốc chuyển động của không khí tăng lên, ở phía sau vận
tốc khí giảm lại tạo nên vùng gió quẩn và phải đến một khoảng cách xa vận tốc khí
mới đạt đƣợc giá trị ban đầu.
Các vùng gió quẩn sẽ làm cho nồng độ chất ô nhiễm tăng cao lên, đặc biệt là
với các nguồn ô nhiễm thấp.
Vùng gió quẩn (bóng khí động) phụ thuộc vào các yếu tố:
- Kích thƣớc của công trình, chiều cao nhà, chiều rộng nhà.
- Công trình đứng độc lập hay nằm trong cụm nhà.
- Khoảng cách giữa các công trình trong cụm nhà.
- Hƣớng gió thổi: trƣờng hợp bất lợi nhất là khi gió thổi trực giao với nhà.
Về kích thƣớc công trình ngƣời ta phân biệt:
Nhà hẹp: nếu bề rộng nhà b≤ 2.5 Hnhà, trong đó Hnhà ÷chiều cao của nhà
Hình 1.2 Luồng khói lan truyền khi gặp vật cản đồi núi
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 17 -
Nhà rộng : nếu bề rộng nhà b> 2.5 Hnhà
Về khoảng cách giữa các nhà trong cụm công trình: nếu hai nhà cách nhau trên
10 lần chiều cao của ngôi nhà đứng trƣớc (theo chiều gió): ta có thể xem những
ngôi nhà đó là đứng độc lập.
Dƣới đây là sơ đồ bóng khí động ứng với các trƣờng hợp khác nhau:
Hình 1.3a: Nhà hẹp đứng độc lập
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 18 -
Hình 1.3b: Nhà rộng đứng độc lập
Hình 1.3c: Nhà hẹp đứng trƣớc nhà khác
Hình 1.3d: Nhà rộng đứng trƣớc nhà khác
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 19 -
Chƣơng 2
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI
2.1.1 Khái niệm
Các phân tử chất rắn thể rời rạc có thể đƣợc tạo ra trong các quá trình nghiền,
ngƣng kết và các phản ứng hoá học khác nhau. Dƣới tác dụng của các dòng khí
hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện
nhất định chúng tạo thành những vật chất mà ngƣời ta gọi là bụi.
Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc - các hạt có kích
thƣớc nằm trong khỏang từ kích thƣớc nguyên tử đến kích thƣớc nhìn thấy đƣợc
bằng mắt thƣờng, có khả năng tồn tại lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau.
Sol khí cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng
lơ lửng trong thời gian dài không hạn định. Tốc độ lắng chìm của các hạt sol khí rất
bé. Những hạt nhỏ nhất của sol khí có kích thƣớc gần bằng kích thƣớc các nguyên
tử lớn, còn những hạt lớn nhất có kích thƣớc khoảng 0,2 ÷ 1µm.
Khái niệm về sol khí thô có thể đồng nghĩa với bụi. Các sol khí có thể có kích
thƣớc đồng nhất hoặc không đồng nhất.
Kích thƣớc của hạt bụi δ đƣợc hiểu là đƣờng kính, độ dài cạnh của hạt hay lỗ
rây, kích thƣớc lớn nhất của hình chiếu của hạt.
Đƣờng kính tƣơng đƣơng δtđ của hạt bụi có hình dáng bất kì là đƣờng kính hình
cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi.
Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trƣờng tĩnh
dƣới tác dụng của trọng lực. vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thƣớc của hạt,
hình dáng và khối lƣợng đơn vị của nó cũng nhƣ khối lƣợng đơn vị và độ nhớt của
môi trƣờng.
Đƣờng kính lắng chìm δc của hạt bụi là đƣờng kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc
rơi và khối lƣợng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lƣợng đơn vị của hạt có
hình dáng phi chuẩn đang xem xét.
Đƣờng kính lắng chìm của hạt đƣợc xác định theo công thức sau đây rút ra từ lý
thuyết về sự lắng chìm của hạt bụi:
mH
b
C
,
)(
18107
Trong đó:
μ: độ nhớt động lực của môi trƣờng (khí, nƣớc) Pa.s
ρb, ρ: khối lƣợng đơn vị của bụi và của môi trƣờng, g/cm3
H: chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm
g: gia tốc trọng trƣờng, m2/s
τ: thời gian rơi, s
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 20 -
2.1.2 Phân loại
1. Dựa vào nguồn gốc phát sinh:
- Bụi tự nhiên
- Bụi nhân tạo.
2. Dựa vào thành phần hóa học:
- Bụi vô cơ:
- Bụi hữu cơ:
3. Dựa vào kích thước hạt:
- Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi rắn có kích thƣớc hạt > 75m.
- Bụi: hạt chất rắn có kích thƣớc nhỏ hơn bụi thô (5 ÷75m) đƣợc hình thành
từ các quá trình cơ khí nhƣ nghiền, tán, đập …
- Khói: gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng đƣợc tạo ra trong quá
trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngƣng tụ có kích thƣớc hạt từ 1 - 5m. Hạt
bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển.
- Khói mịn: gồm những hạt rắn rất mịn, kích thƣớc hạt < 1m
- Sƣơng: hạt chất lỏng có kích thƣớc < 10m. Loại hạt này ở một nồng độ đủ
để làm giảm tầm nhìn thì đƣợc gọi là sƣơng giá.
Những hạt bụi có tác hại nhất đối với sức khỏe con ngƣời là khi chúng có thể
thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp, kích thƣớc < 10m. Ngƣời ta
gọi cỡ bụi này là bụi hô hấp.
2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi:
Vận tốc giới hạn của một hạt bụi có đƣờng kính δ khi rơi trong môi trƣờng
đƣợc xác định theo công thức:
18
)( 2gv b
gh
Khi hạt bụi rơi trong không khí rthì khối lƣợng đơn vị ρ của không khí nhỏ hơn
rất nhiều lần so với khối lƣợng đơn vị ρb của hạt bụi dó đó ngƣời ta có thể bỏ qua
đại lƣợng ρ và công thức trên sẽ trở thành:
18
2gv b
gh
Ta có thể áp dụng công thức trên để tính thời gian và khoảng cách lắng đọng
của bụi trên mặt đất từ một độ cao H nào đó ứng với vận tốc gió cho trƣớc. một số
giả thiết phải đƣa ra để có thể áp dụng công thức trên cho phù hợp:
- Hạt bụi dạng hình cầu và tuân theo định luật Stokes
- Chiều cao H của ống khói đƣợc xem là chiều cao hiệu quả mà tại đó hạt bụi
có vận tốc ban đầu bằng không và bắt đầu rơi tự do trong khí quyển
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 21 -
Hình 2.1: Luồng khói từ nguồn điểm cao trong hệ trục xyz
- Bụi thoát ra khỏi ống khói đƣợc làm nguội tức khắc đến nhiệt độ môi trƣờng
xung quanh.
- Không có xáo trộn mạnh trƣớc và trong khi rơi
Không có tác động qua lại giữa các hạt bụi có kích thức khác nhau.
2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói:
Trên hình 2.1 đã thể hiện hình dạng phổ biến của ống khói. Tại miệng ống khói,
nhờ vận tốc phụt, luồng khói có một động năng ban đấu làm cho nó có xu hƣớng
bốc thẳng đứng lên trên. Mặt khác, do nhiệt độ của khói cao hơn nhiệt độ không khí
xung quanh, luồng khói chịu tác dụng của lực “nổi” do chên lệch nhiệt độ gây ra.
Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác động của lực gió theo phƣơng ngang do đó
đỉnh cao nhất của luồng khói sẽ nằm cách miệng ống khói một khoảng cách nhất
định nào đó xuôi theo chiều gió. Khi đạt độ cao ấy tức là lúc động năng ban đầu của
luồng khói đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên cân bằng với nhiệt độ khí
quyển do kết quả của quá trình hoà trộn với không khí xung quanh, luồng khói sẽ
giữ phƣơng nằm ngang song song với chiều gió.
Một số công thức tính độ nâng cao của luồng gió:
1. Công thức của Davidson W.F
Dựa theo kết quả thực nghiệm tiến hành trên ống khí động của Bryant năm
1949, Davidson W.F đã đƣa ra công thức sau đây ÷đƣợc gọi là công thức Bryant
÷Davidson.
mT
T
uDh
khoi
),1()( 4.1
Công thức trên có thể phân biệt thành hai thành phần:
Thành phần độ nâng do vận tốc ban đầu của khói:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 22 -
mu
Dhv ,)( 4.1
Và thành phần do sức nổi gây ra bởi chên lệch nhiệt độ:
mT
T
uDh
khoi
t ,)( 4.1
Trong các công thức trên:
D- đƣờng kính miệng ống khói, m.
ω- vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s
u - vận tốc gió, m/s
T khoi - nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K.
ΔT - chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, oC hoặc K.
2. Công thức của Bosanquet - carey và Halton:
Công thức của Bosanquet và cộng sự đƣợc dựa trên lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm, trong đó độ nâng do động năng và độ nâng do chênh lệch nhiệt độ là hàm
số của khoảng cách x kể từ chân ống khói xuôi theo chiều gió. Các công thức đƣợc
xây dựng cho điều kiện trung tính của khí quyển.
Độ nâng cao do động năng ban đầu:
)8,01(max,
max,x
hhh
v
vv
u
L
uhv
1
max,
43,01
77,4
Độ nâng cao do lực nổi (chênh lệch nhiệt độ):
1
3
1137,6
Tu
zTgLht
Trong đó z là hàm số của X mà:
157,3 L
uxX
Khi
1
1
12 L
T
gTu
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 23 -
Hàm số )(Xfz đƣợc cho dƣới dạng biểu đồ sau:
Độ nâng tổng cộng của luồng khói :
tv hhh
Và chiều cao hiệu quả của ống khói :
hhH 75,0
Trong đó :
L1 ÷lƣu lƣợng khói thải ở nhiệt độ T1, m3/s
T1 ÷nhiệt độ tuyệt đối mà tại đó khối lƣợng đơn vị của khói cân bằng với khối
lƣợng đơn vị của không khí xung quanh (một cách gần đúng có thể xem T1 ≈ Txq)
11 TTT khói - hiệu số giữa nhiệt độ của khói tại miệng khói và nhiệt độ T1.
3. Công thức của Holland :
Dựa vào kết quả khảo sát luồng khói từ những ống khói nhỏ ở vùng Oak Rige,
Holland J.Z. Ủy ban năng lƣợng nguyên tử của Mỹ đã đƣa ra công thức xác định độ nâng
cao của luồng khói, đƣợc gọi là công thức Oak Rige :
uQDh h /)10.1,45,1( 5
Dh, - tính theo m
u - vận tốc gió tính theo m/s
Qh- cƣờng độ nhiệt của luồng khí thải ra môi trƣờng xung quanh:
scaltLCQ ph /,
Trong đó:
Cp- tỷ nhiệt đẳng áp của khói, cal/kg.oC
ρ- khối lƣợng đơn vị của khói, kg/m3
Δt - chênh lệch nhiệt độ của khói và không khí xung quanh, oC
Công thức này nên áp dụng cho điều kiện trung tính của khí quyển. đối với điều kiện
ổn định kết quả tính cần tăng thêm 10 ÷20%, ngƣợc lại trong điều kiện khí quyển không ổn
định thì giảm bớt 10 ÷20%.
X
Z
0 20 40 60 80 100
2
4
6
8
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 24 -
4. Công thức của Briggs G.A.
Các phƣơng pháp hiện đại để xác định độ nâng của luồng khí trong điều kiện khí
quyển ổn định hoàn toàn đáp ứng đƣợc yêu cầu do đó cơ sở lý thuyết khá rõ ràng và có thể
tiến hành quan trắc, đo đạc thực tế tƣơng đối đơn giản để bổ sung cho lý thuyết. trong điều
kiện ổn định, ở giai đoạn đầu của sự phát triển luồng khói dƣới tác dụng của lực nổi, độ rối
bên trong của luồng chiếm ƣu thế so với độ của không khí xung quanh. Tuy nhiên trong
điều kiện trung tính và không ổn định của khí quyển, luồng khói uốn lƣợn nhƣng cuối cùng
cũng đạt đƣợc độ cao mà tại đó độ rối bên ngoài trở nên đáng kể hơn so với độ rối bên
trong luồng . Lúc đó luồng khói ngừng phát triển. Trƣờng hợp này rất phức tạp cho công
việc nghiên cứu và quan sát , tuy nhiên lại là trƣờng hợp khá phổ biến.
Briggs G.A (1975) đã nghiên cứu trƣờng hợp nói trên và đƣa ra công thức sau đây áp
dụng cho điều kiện có tác dụng của lực nổi là chủ yếu:
mxu
Fh ,6,1 3/2
3/1
Trong đó:
F - lực nổi ban đầu của luồng khói đƣợc xác định theo công thức:
342
/,4
smT
TTDgF
khoi
xqkhoi
xf - khoảng cách từ nguồn đến điểm kết thúc độ nâng cao trung bình của luồng khói:
Khi F < 55m4/s
3 thì xf = 50F
0,625
Khi F ≥ 55m4/s
3 thì xf = 120F
0,4
Riêng đối với cấp trung tính của khí quyển, Briggs G.A còn đƣa ra công thức:
mhuu
Fh ,)
.(54.1 3/13/2
*
Trong đó: /* u gọi là vận tốc ma sát. Đối với mặt đất bằng phẳng có thảm cỏ
hoặc trồng trọt nông nghiệp smu /7.06.0*
h: chiều cao thực của ống khói
Trƣờng hợp nghịch nhiệt, công thức Briggs có dạng sau:
mu
Fh ,6.2
3/1
Khi trời đứng gió, độ nâng của luồng khói đƣợc xác định theo công thức:
mz
T
T
gFh ,)(1.5 8/34/1
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 25 -
5. Công thức của M.E. Berliand và của một số tác giả khác của Nga
Căn cứ vào số liệu thực nghiệm và so sánh kết quả tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên
mặt đất, Berliand và cộng sự (1964) đƣa ra công thức xác định độ nâng cao luồng khói nhƣ
sau:
xqTu
TgL
u
Dh
3
1010
6.1875.1
Trong đó: 10u - vận tốc gió đo đƣợc ở cột đo gió trạm khí tƣợng, tức đo ở độ cao
10m.
L - lƣu lƣợng khói thải tại miệng ống khói, m3/s
2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH
2.2.1 Buồng lắng.
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Nguyên tắc hoạt động: các hạt bụi đƣợc giữ lại trong buồng lắng dƣới tác dụng
của trọng lực.
Buồng lắng có cấu tạo rất đơn giản: là một không gian hình hộp có tiết diện
ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đƣờng ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng
khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dƣới
tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở trong đó.
Buồng lắng đƣợc áp dụng để lắng bụi thô có kích thƣớc hạt từ 60 - 70μm trở
lên.
2. Lý thuyết tính toán:
a. Một số quy định và giả thiết:
Buồng lắng có cấu tạo hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H và bề rộng
B.
Hình 2.1. Các buồng lắng bụi
1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Xả bụi; 4- Van điều chỉnh; 5- Cửa dọn vệ sinh
a) Buồng lắng đơn giản b) Buồng lắng nhiều sàn
BH
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 26 -
Vận tốc dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng là đều
đặn ÷trƣờng vận tốc của dòng khí trong buồng lắng bụi là không đổi
Hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc bằng vận tốc dòng khí.
Hạt bụi rơi dƣới tác dụng của trọng lực theo phƣơng thẳng đứng khi chạm đƣợc
đáy trƣớc điểm N của buồng lắng coi nhƣ bị giữ lại trong buồng lắng
Nếu L là lƣu lƣợng dòng khí - m3/s thì vận tốc chuyển động ngang u của hạt bụi
sẽ đƣợc xác định theo công thức sau:
BH
Lu , m/s
Thời gian lƣu lại của dòng khí(của bụi) trong buồng lắng:
L
lBH
u
l , s
Khi hạt bụi thuộc bất kỳ loại vật liệu gì có đƣờng kính δ rơi với vận tốc v và đi
đƣợc một đọan h trong thời gian τ xác định thì:
Nếu h < H: hạt bụi bị dòng khí mang theo ra ngoài phạm vi của buồng lắng.
Nếu h ≥ H: tất cả các hạt bụi có kích thƣớc bằng hoặc lớn hơn δ đều bị giữ lại
trong buồng lắng.
Nhƣ vậy tỷ số h/H ứng với các cỡ đƣờng kính khác nhau của hạt bụi thể hiện
đƣợc phần bụi có kích thƣớc đã cho đã bị giữ lại trong buồng lắng và từ đó ta có thể
xác định đƣợc hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng.
Giá trị h có thể xác định theo công thức sau:
TBvh , m
Đối với những hạt bụi có kích thƣớc nhỏ δ < 75µm thì:
18
)( 2gvv b
ghTB
Trong đó:
µ - độ nhớt động lực của môi trƣờng khí, Pa.s
ρb, ρ - khối lƣợng riêng của hạt bụi và của không khí, g/cm3.
g - gia tốc trọng trƣờng, m/s2.
Đƣờng kính bé nhất của hạt bụi hay đƣờng kính giới hạn mà buồng lắng có thề
giữ lại đƣợc toàn bộ là:
gBl
L
gl
uH
bb
o)(
18
)(
18min
Ta có thể phân biệt các trƣờng hợp sau:
Đối với hạt bụi có kích thƣớc bé thì thời gian kể từ lúc bắt đầu rơi đến lúc hạt
bụi đạt vận tốc giới hạn vgh rất ngắn so với thời gian lƣu τ, lúc đó ta có:
vTB = vgh
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 27 -
Đối với hạt bụi có kích thƣớc lớn hơn thì sau một quãng đƣờng không phải là
quá ngắn so với τ hạt bụi mới đạt đƣợc vận tốc rơi giới hạn vgh. Lúc đó quãng
đƣờng hạt bụi rơi cần đƣợc phân thành hai đoạn:
Đoạn đầu là đoạn mà hạt bụi rơi có gia tốc cho đến lúc vận tốc rơi đạt khoảng
99% vgh.
Đoạn tiếp theo là đoạn mà hạt bụi rơi với vận tốc vgh = const cho đến cuối thời
gia τ.
Nếu trong khoảng thời gian τ của dòng khí trong buồng lắng mà những hạt bụi
lớn chƣa kịp đạt vận tốc giới hạn thì toàn bộ đƣờng rơi đƣợc của chúng đều phải
xác định theo vận tốc tức thời:
)1( / Z
ghgh eZvvh
b. Hiệu quả:
Giả thiết rằng mọi cỡ hạt bụi trong dòng khí đi vào buồng lắng đƣợc phân bố
đều đặn trên toàn tiết diện ngang ban đầu của nó, tức là số lƣợng hạt bụi cỡ δ bất kỳ
tỷ lệ thuận theo chiều cao h, do đó nếu gọi η(δ) là hiệu quả lọc của buồng lắng đối
với cỡ hạt δ, ta sẽ có:
%100)(
)( H
h
Trong đó h(δ) là chiều cao ứng với đƣờng kính hạt; δ xác định theo công thức
sau:
glB
hL
b
18
Từ đó ta thu đƣợc biểu thức hiệu quả lắng đối với cỡ hạt δ nhƣ sau:
,%555,5 2
)(
L
glBb
c. Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng :
Muốn nâng cao hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt δ nhất định nào đó thì:
- Một là h(δ) phải tăng trong khi H = const
- Hai là giữ h(δ) không đổi và giảm chiều cao H của buồng lắng vớI điều kiện
đảm bảo năng suất lọc tức lƣu lƣợng khí cần lọc không thay đổi.
Ta có thể thực hiện theo cách thứ 2 bằng cách chia buồng lắng thành nhiều tầng
đều nhau. Chiều cao của mỗi tầng là Hi và lƣu lƣợng đi qua Li đều giàm xuống theo
một tỷ lệ nhƣ nhau.
Hiệu quả lọc sẽ tăng lên n lần:
Ưu điểm: nhờ chia thành nhiều tầng nên kích thƣớc của buồng lắng đƣợc thu
gọn, ít chiếm diện tích nhƣng vẫn lọc đƣợc một lƣu lƣợng khí lớn với hiệu suất lọc
cao.
Nhược điểm: khó dọn vệ sinh khi bụi bám trên các tầng. Đôi khi ngƣời ta phảI
dùng biện pháp phun nƣớc áp lực mạnh để tẩy rửa.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 28 -
3. Các dạng khác của buồng lắng bụi:
Trong thực tế áp dụng buồng lắng với nguyên lý rơi tự do của hạt bụi trong chế
độ chuyển động chảy tầng của không khí là có nhiều hạn chế là kích thƣớc buồng
lắng lớn, lƣu lƣợng không khí cần lọc không đƣợc nhiều. để khắc phục các nhƣợc
điểm nói trên G.S .V.V Baturin đã đề xuất loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều
ngăn:
Dòng không khí chuyển động theo đƣờng dích dắc từ ngăn này sang ngăn khác,
do đó hạt bụi không những rơi dƣới tác dụng của trọng lực mà còn bị va đập vào
các tấm chắn do lực quán tính gây ra, nhờ đó mà kích thƣớc buồng lắng đƣợc giảm
nhỏ và hiệu quả lắng tăng cao.
Ngoài loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều ngăn, ta còn thấy một số loại
buồng lắng khác tận dụng lực quán tính của nhiều tác giả khác nhau sau đây:
Nhƣ ở hình 2.2a ngƣời ta sử dụng tấm chắn ở cửa gió vào để tạo ra sự thay đổi
đột ngột chiều hƣớng chuyển động của dòng khí, nhờ đó bụi dễ tách ra khỏi dòng
khí và rơi xuống phễu chứa. để giảm bớt tổn thất áp suất, ngƣời ta có thể thay tấm
chắn bằng các ngoặt cong của các ống dẫn khí vào và dẫn khí ra nhƣ ở hình 2.2b
Hình 2.3: Thiết bị lắng bụi quán tính
a –có vách ngăn; b- với chỗ quay khí nhẵn; c- có chóp mở rộng; d- nhập khí ngang hông.
Khí sạch
Bụi Bụi
Khí sạch Khí
bụi
d c b a
Khí
bụi
Bụi
Khí sạch
Khí bụi
Bụi
Khí bụi
Khí sạch
Khí vào Khí ra
Hình 2.2 Buồng lắng có tấm chắn
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 29 -
Buồng lắng có cấu tạo cho ở hình 2.2c, trong đó tốc độ lắng đọng của các hạt
bụi khô đƣợc tăng cƣờng bời dòng khí chuyển động thẳng đứng hƣớng xuống dƣới.
Ống dẫn khí có dạng hình loa với mục đích giảm bớt vận tốc của dòng khí ở sát đáy
buồng lắng để loại trừ khả năng làm cho bụi đã lắng đọng ở đáy phễu bị bốc ngƣợc
trở lên.
2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính.
Nguyên lý cơ bản: làm thay đổi chiều hƣớng chuyển động của dòng khí một
cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi
dòng khí đổi hƣớng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hƣớng
chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc
mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị.
1. Thiết bị lọc quán tính Venturi:
Khi dòng chảy bị thu hẹp tiết diện thì bụi sẽ bị ép sát vào thành vật cản và lọt
vào các khe 2 để rơi vào bẩy bụi 3. tại đây dòng khí sẽ bị hất ngƣợc trở lên rồi thoát
ra ngoài, còn bụi trong bẫy 3 thì rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị.
2. Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong:
Dòng khí đi qua khe hở giữa các tấm chắn của dãy trƣớc sẽ bị chặn lại bởi các
tấm chắn của dãy đứng sau và do đ1o nó sẽ thay đổi hƣớng chuyển động theo các
gờ hình vòng cung của tấm chắn để đi tiếp đến các dãy tấm chắn tiếp theo. Trong
quá trình thay đổi hƣớng chuyển động, bụi sẽ bị giữ lại trong lòng máng và rơi
xuống phễu chứa bụi của thiết bị. tổn thất cột áp của dòng khí đi qua thiết bị vào
khoảng 10 ÷25Pa.
Hình 2.4: Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính Venturi
Hình 2.5: Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 30 -
Xả bụi
Khí đã đƣợc
lọc bụi
Khí mang bụi
Tấm lá
sách
Hình 2.6: Thiết bị lọc bụi quá tính kiểu lá sách
3. Thiết bị lọc quán tính
kiểu lá sách:
Trong thiết bị này có đặt các
tấm chắn song song nhau và
chéo góc với hƣớng chuyển
động ban đầu của dòng khí. Nhờ
sự thay đổi hƣớng chuyển động
của dòng khí một cách đột ngột,
bụi sẽ dồn lại ở ống thoát và
đƣợc xả vào thùng chứa cùng
với khoảng 10% lƣu lƣợng khí
thải.
Ƣu điểm nổi bật của loại
thiết bị này là tổn thất áp suất rất
nhỏ.
Loại thiết bị này thƣờng
đƣợc sử dụng nhƣ một cấp lọc
thô đặt trƣớc cấp lọc tinh khác
nhƣ xiclon, lọc túi vải v.v..
2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM
2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang
1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu có cấu tạo khá đơn giản. Thiết bị bao gồm một ống
bao hình trụ bên ngoài 1, bên trong có lõi hình trụ hai đầu bịt tròn và thon 2 để đảm
bảo chảy bọc đƣợc tốt. Không khí mang bụi đi vào thiết bị đƣợc các cánh hƣớng
dòng 3 tạo thành chuyển động xoáy. Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy
tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao
và thoát ra khe hình vành khăn 4 để rơi vào nơi tập trung bụi.
Bụi
Bụi
Khí sạch
thoát ra Khí vào
3 1 2 4 6 5 Quỹ đạo giới hạn
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi kiểu nằm ngang
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 31 -
Không khí sạch theo ống loa 5 với cánh hƣớng dòng kết hợp với van điều chỉnh
6 thoát ra ngoài.
Nhƣ vậy dòng khí đi từ đầu này ra đến đầu kia của thiết bị trên cùng một chiều.
Do đó ngƣời ta còn gọi là thiết bị lọc ly tâm một chiều.
Trên hình 2.7 là các dạng miệng, rãnh hoặc khe thoát bụi và khí sạch của thiết
bị lọc bụi ly tâm nằm ngang:
2. Lý thuyết tính toán:
Sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang để phục vụ tính
toán đƣợc thể hiện ở hình 2.8:
Các kích thƣớc chính của thiết bị:
1r - bán kính lõi hình trụ, m
Khí sạch
a. b.
Khí
sạch
Bụi Bụi
d. c.
Khí sạch
Bụi
Khí
sạch
Tấm chắn hình
vành khăn
Khí sạch Khí
sạch Khí
sạch
Bụi
Bụi
Bụi
e. f. g.
Hình 2.8: Các dạng miệng, rãnh, khe thoát khí
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 32 -
Hình 2.9: Sơ đồ đơn giản của
thiết bị ly tâm nằm ngang
2r - bán kính ống bao hình trụ bên ngoài (vỏ thiết bị), m
l - chiều dài làm việc của thiết bị, m
Ta gọi L là lƣu lƣợng thể tích dòng không khí mang bụi đi vào thiết bị lọc, m3/s
và µ là hệ số nhớt động lực của
không khí ở nhiệt độ t và áp suất khí
quyển.
Dòng không khí đi vào thiết bị
nhờ cánh hƣớng dòng nên có vận tốc
quay là n vòng/s.
Phƣơng trình quỹ đạo của hạt bụi
theo thông số :
)9
2exp( 222
0
nyy b
)( 2
1
2
2 rr
Lx
Với y0 là tung độ ban đầu của hạt
bụi trên trục y tại mặt cắt đầu tiên của
thiết bị.
Khử thông số ta thu đƣợc
phƣơng trình quỹ đạo của hạt bụi
trong hệ trục OXY: Kxeyy 0 với
L
rrnK b
2
1
2
2223
9
2
Đƣờng kính giới hạn của hạt bụi:
)ln()(
5.4
1
2
22
1
2
2
3minr
r
lnrr
L
b
o
, m
δmin có ý nghĩa là đƣờng kính bé
nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc
bằng đƣờng kính này sẽ bị giữ lại
hoàn toàn trong thiết bị lọc và do đó
ngƣời ta còn gọi là đƣờng kính giới hạn của hạt bụi.
Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị:
%1002
1
2
2
22
2)(
rr
rr
Hoặc:
%100
1
)exp(1
2
1
2
)(
r
r
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 33 -
%100)exp(1
)exp(12
2
)(
o
Với:
L
rrlnb
2
1
2
223
9
4
Đƣờng biểu diễn hiệu quả lọc có dạng nhƣ sau:
2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng.
1. Cấu tạo và nguyên lí làm việc
Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng
thƣờng đƣợc gọi là xiclon có cấu tạo rất đa
dạng, nhƣng về ngyuên tắc cơ bản thì bao
gồm các bộ phận ở hình:
Không khí mang bụi đi vào thiết bị
ống 1 nối theo phƣơng tiếp tuyến với thân
hình trụ đứng 2. Phần dƣới của thân hình
trụ có phiễu 3 và dƣới cùng ống xả 4. Bên
trong hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp
cùng trục đứng với thân hình trụ.
Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phƣơng tiếp
tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy
ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và
khi chậm vào ống đáy hình phiễu, dòng
không khí bị dội ngƣợc trở lên nhƣng vẫn
giữ đƣợc chuyển đông xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống 5 thoát ra ngoài.
Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm
cho chúng có xu hƣớng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chậm vào
100
η(δ)%
δo δmax δ 0
Khí bụi
Khí sạch
1
4
3
2
5
Dk
6a
6b
Hình 2.10: xiclon
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 34 -
đó, bất động năng và rơi xuống đáy phiễu. Trên ống xả 4 ngƣời ta có lắp van 6 để
xả bụi vào thùng chứa.
Thông thƣờng ở đáy phiễu có áp suất âm, do đó khi mở van 6 không khí bên
ngoài sẽ bị hút vào xiclon từ dƣới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắng động ở đáy
phiễu bay ngƣợc lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tác dụng
của việc lọc bụi.
Để tránh tình trạng trên ngƣời ta dùng van kép, trƣớc khi xả bụi ngƣời ta đóng
van 6a rồi mới mở van dƣới 6b.
2. Lý thuyết tính toán:
Sơ đồ tính toán cũng nhƣ các
thành phần vận tốc chuyển động
ttrong xiclon hoàn toàn giống nhƣ
trƣờng hợp thiết bị lọc ly tâm nằm
ngang và do đó mọi công thức đã
rút ra đƣợc đối với thiết bị lọc ly
tâm nằm ngang đều áp dụng đƣợc
cho thiết bị ly tâm kiểu đứng -
xiclon.
Điều khác biệt cần lƣu ý ở
đây là trong công thức thay vì
cho chiều dài l ta dùng chiều cao
làm việc Hp của xiclon:
1hHH p
Trong đó:
H - chiều cao thân hình trụ của xiclon, m.
h1 - chiều cao ống dẫn vào, m.
Vận tốc ban đầu vE của dòng không khí ở ống dẫn vào tại tiết diện a x b’:
'ba
LvE
, m/s
Số vòng quay n của dòng không khí trong thân xiclon:
)(
)17.0(
21 rr
vn E
, vg/s
Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng - xiclon có cấu tạo rất đa dạng, tuỳ theo hãng
sản xuất mà kích thƣớc tƣơng đối của chúng rất khác nhau. Mặt khác nhiều tác giả
khác nhau mặc dù cùng dựa trên nguyên lý chung giống nhau nhƣng đƣa ra sơ đồ
tính toán cũng nhƣ cách tiếp cận vấn đề không hoàn toàn giống nhau, do đó có rất
nhiều dạng công thức khác nhau để xác định đƣờng kính giới hạn δo của hạt bụi mà
với đƣờng kính ấy chúng bị giữ lại toàn bộ trong xiclon.
Một số công thức tiêu biểu để xác định δo:
Rosin và cộng sự (1932):
Hx
Khí sạch
Khí bụi
h1
Ht
H
Dk
6a
6b
Hình 2.11: xiclon
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 35 -
)2
1(32r
y
nv
yg
Eb
o
Lapple và cộng sự (1940):
Eb
onv
r
)(3 1
Gardiner:
Eb
onv
rr
)(
)(3 12
Davies (1952):
4
2
12 )(1
)(83
r
r
Hvr
Eb
o
Muchlrad (1954):
)1
1(
3
2
32
4
2ff
f
rnv
gr
oEb
o
Kamenhep P.N (1959):
1
2ln3r
r
n b
Ko
Baturin V.V (1965):
Eb
onv
rr
)(3 12
Trong các công thức trên:
o - đƣờng kính giới hạn của hạt bụi, m.
Hrr ,, 21 - lần lƣợt là bán kính ống trong (ống thoát khí sạch), ống ngoài (vỏ
xiclon) và chiều cao, m.
y - khoảng cách ban đầu của hạt bụi đến thành xiclon, m.
K ,,, - lần lƣợt là hệ số nhớt động lực, hệ số nhớt động, khối lƣợng đơn vị
và trọng lƣợng đơn vị của không khí: Pa.s, m2/s, kg/m
3, kG/m
3.
bb , - khối lƣợng và trọng lƣợng đơn vị của bụi: kg/m3, kG/m3.
Ev - vận tốc không khí ở ống dẫn vào xiclon, m/s.
2/21 rrro - bán kính trung bình ở đầu vào của xiclon, m.
2
1
rr
f - tỷ số bán kính ống trong và ống ngoài của xiclon.
n2 - vận tốc góc của dòng không khí trong xiclon, s-1
.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 36 -
2.4 LƢỚI LỌC BỤI
2.4.1 Giới thiệu chung.
Các đặc tính quan trọng của lƣới lọc bụi là: hiệu quả lọc, sức cản khí động, thời
gian của chu kì hoạt động trƣớc khi thay mới hoặc hoàn nguyên.
Quá trình lọc trong lƣới lọc bụi có thể chia thành hai giai đọan:
Trong giai đọan đầu xảy ra quá trình giữ bụi trong lớp lƣới sạch, trong lúc đó
xem rằng sự thay đổi cấu trúc của lƣới lọc do bụi bám và do các nguyên nhân khác
là không đáng kể. Giai đọan này gọi là giai đọan ổn định, hiệu quả lọc và sức cản
khí động của lƣới lọc trong giai đọan này đƣợc xem nhƣ không thay đổi theo thời
gian. Giai đọan này thƣờng rất ngắn ngủi
Giai đọan hai của quá trình lọc đƣợc gọi là giai đọan không ổn định do sự thay
đổi cấu trúc của lớp lƣới lọc bởi nhiều hạt bụi bị giữ lại trong đó, ảnh hƣởng của độ
ẩm hoặc bởi các nguyên nhân khác làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc của
lƣới lọc thay đổi rõ rệt.
Với lƣới lọc bụi thì các hạt có đƣờng kính từ 0.1 ÷0.5µm lọt qua lƣới nhiều
nhất, còn các hạt có kích thƣớc lớn hơn hoặc nhỏ hơn lại bị giữ lại. Quá trình giữ
bụi trong lƣới lọc diễn ra trên cơ sở những hiện tƣợng sau đây: Khi dòng khí mang
bụi đi qua lƣới lọc, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra
các tác động tƣơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc. Các tác động tƣơng hỗ này phụ
thuộc vào kích thƣớc , vận tốc của hạt, loại vật liệu lọc cũng nhƣ sự có mặt của lực
tĩnh điện, lực trọng trƣờng…
Các dạng chính của tác động tƣơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc là; va đập
quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lọc:
Ảnh hưởng của kích thước hạt bụi.
Quá trình thu giữ trong lƣới lọc phụ thuộc rất nhiều vào kích thƣớc hạt bụi. Đối
với hạt bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 0.3µm thì hiện tƣợng khuếch tán đóng vai trò chủ
yếu, còn bụi có kích thƣớc lớn hơn thì hiện tƣợng tiếp xúc và va đập quán tính mới
bắt đầu phát huy tác dụng.
Ảnh hưởng của vận tốc khí đi qua lưới lọc.
Vận tốc lọc có ảnh hƣởng trái ngƣợc nhau đối với quá trình thu giữ bụi và do
khuếch tán và do va đập quán tính.
Ảnh hưởng của đường kính sợi vật liệu lọc.
Đƣờng kính của sợi vật liệu lọc cũng có ảnh hƣởng quyết định đối với quá trình
thu giữ bụi do tất cả các tác động gây ra. Ví dụ, hệ số lọt lƣới đối với bụi có
δ=0.65µm qua lƣới lọc có cỡ sợi D=1µm nhỏ hơn 2000 lần so với lƣới lọc có cỡ sợi
D=50µm. Vì vậy để chế tạo lƣới lọc có hiệu quả cao ngƣời ta cố gắng sử dụng loại
vật liệu sợi nhỏ nhất có thể có với độ bền cho phép.
Ảnh hưởng của độ lèn chặt (độ rỗng) của lưới lọc.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 37 -
Khi độ lèn chặt của vật liệu sợi trong lƣới lọc tăng thì hiệu quả thu giữ bụi do
các tác động va đập quán tính, va chạm tiếp xúc tăng cao đáng kể, trong khi đó hiệu
quả do khuếch tán chỉ thay đổi ít.
2.4.2 Các dạng khác nhau của lƣới lọc bụi:
1. Lưới lọc kiểu tấm.
Kết cấu của loại lƣới lọc này rất đơn giản: gồm một khung hình vuông hoặc chữ
nhật, hai mặt là tấm tôn đục lỗ và ở giữa xếp nhiều tấm lƣới thép chồng lên nhau để
tạo thành nhiều lỗ rỗng zíc zắc. Ngoài lƣới thép, vật liệu đệm có thể đƣợc thay thề
bằng sợi kim loại rối, đệm xốp bằng sợi tổng hợp hoặc khâu sứ, khâu kim loại, khâu
nhựa. Bề dày của vật liệu trong tấm lƣới lọc nằm trong khoảng 50 ÷ 100mm.
Quá trình giữ bụi xảy ra trong lƣới lọc kiểu tấm chủ yếu là dƣới tác động của va
đập quán tính. Để cho bụi không bị cuốn theo dòng khí sau khi đã bám trên sợi lƣới,
ngƣời ta dùng dầu công nghiệp tẩm ƣớt toàn bộ lƣới lọc ÷lúc đó ta có lƣới lọc kiểu
tấm tẩm dầu. Ngoài tác dụng giữ bụi, dầu còn bảo vệ cho lƣới lọc không bị han gỉ.
Sau thời gian sử dụng khoảng 50 ÷ 250h, khi bụi đã bám nhiều làm cho sức cản
khí động của lƣới lọc tăng quá mức cho phép, ngƣời ta làm sạch lƣới lọc bằng cách
rửa trong nƣớc xà phòng, phun nƣớc áp lực cao hoặc hút bụi. Sau đó làm khô và
tẩm dầu mới để dùng tiếp.
Lƣới lọc kiểu tấm thƣờng đƣợc sử dụng để lọc bụi trong không khí thổi vào của
hệ thống thông gió, điều hoà không khí với nồng độ bụi ban đầu không quá 5mg/m3.
2. Lưới lọc tẩm dầu tự rửa.
Loại lƣới lọc này bao gồm những tấm lọc bằng lƣới thép treo trên guồng quay
để tuần tự nhúng các tấm lọc vào một thùng đựng dầu ở phía dƣới của thiết bị, nhờ
thế bụi đã bám vào các tấm lọc sẽ bị rã ra và lắng xuống đáy thùng dầu. Định kỳ xả
cặn trong thùng dầu và bổ sung dầu mới. Tốc độ quay của guồng từ 1,8 ÷ 3,5
mm/ph, cũng có loại tốc độ quay nhanh hơn 1÷ 3 mm/s. Năng suất lọc đạt từ 8000 ÷
10000 m3/m
2h. Sức cản khí động ≈100Pa. Hiệu quả lọc đạt 96 ÷ 98%.
Thiết bị lọc tự rửa đƣợc chế tạo thành đơn nguyên diện tích bề mặt làm việc
khoảng 2 ÷ 2,5 m2. Để có diện tích bề mặt lọc cần thiết, ngƣời ta có thể ghép nhiều
đơn nguyên lại với nhau.
3. Lưới lọc kiểu rulô tự cuộn.
Vật liệu sử dụng cho lƣới lọc kiểu rulô tự cuộn là loại dạ thô, xốp, bề dày 50
mm (ở trạng thái tự do, không bị ép). Tấm vật liệu lọc dài 20 ÷30m đƣợc cuộn
quanh một trục đặt trong hộp bên trên thiết bị lọc và đầu kia đƣợc cài vào trục quay
ở phía dƣới của thiết bị. Trục quay bên dƣới đƣợc truyền động bằng động cơ.
Tấm lọc đƣợc tựa trên dàn lƣới thép căng vào khung của thiết bị tạo thành bề
mặt lọc để dòng khí đi qua luôn luôn ép tấm lọc vào dàn lƣới thép, làm cho tấm lọc
không bị chùng hay bị xé rách.
Trên lƣới lọc bố trí đầu đo (cảm biến) chênh lệch áp suất giữa hai mặt của tấm
lọc. khi chênh lệch áp suất đạt đến giới hạn quy định, động cơ sẽ tự động quay và
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 38 -
cuộn đoạn tấm lọc đã hết khả năng làm việc để trải lên thiết bị một đoạn tấm lọc
mới. Cứ nhƣ vậy cho đến khi toàn bộ cuộc vật liệu lọc đã cuộn hết xuống trục dƣới.
Lúc đó ngƣời ta thay cuộn vật liệu lọc khác.
Lƣới lọc có thể xem thuộc loại thiết bị lọc bụi cấp III, thƣờng đƣợc sử dụng
trong các hệ thống thông gió và điều hoà không khí một cách độc lập hoặc đƣợc sử
dụng nhƣ cấp lọc thô trƣớc các thiết bị lọc cấp II hoặc cấp I.
4. Lưới lọc bằng túi vải hoặc ống tay áo.
Lƣới lọc bằng túi vải có thể liệt vào thiết bị lọc bụi cấp II với hiệu quả lọc có
thể thay đổi trong phạm vi rất rộng từ 10 ÷ 90% đối với cỡ hạt dƣới micrômet.
a. Cấu tạo:
Lƣới lọc bằng túi vải gồm
nhiều túi vải dệt từ các loại sợi
khác nhau nhƣ sợi len, gai, sợi
bông vải, sợi thuỷ tinh lồng
vào khung lƣới thép để bảo vệ.
Trong công nghiệp thƣờng
dùng loại túi vải hình ống và
lắp vào một thiết bị hoàn chỉnh
có kèm các bộ phận cơ giới
hoặc bán cơ giới để giũ bụi và
đƣợc gọi là thiết bị lọc ống tay
áo.
Thiết bị gồm nhiều ống
tay áo có đƣờng kính từ 125 ÷
300mm, chiều cao từ 2 ÷ 3.5m
đầu dƣới đƣợc liên kết vào bản
đáy đục lỗ tròn bằng đƣờng
kính ống tay áo hoặc lồng vào
khung và cố địng đầu trên vào
bản đục lỗ.
b. Nguyên lý hoạt động:
Khí cần lọc đƣợc đƣa vào phễu chứa bụi rồi theo các ống túi vải đi từ trong ra
ngoài hoặc từ ngoài vào trong để đi vào ống góp khí sạch và thoát ra ngoài. Khi bụi
đã bám nhiều trên mặt trong hoặc mặt ngoài của ống tay áo làm cho sức cản của
chúng tăng cao ảnh hƣởng đến năng suất lọc, ngƣời ta tiến hành hoàn nguyên bằng
cách rung để giũ bụi kết hợp với thổi khí ngƣợc từ ngoài vào trong ống tay áo hoặc
phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí đi từ trong ra ngoài ống tay áo.
Sự rung lắc cơ học khi tái sinh có hiệu quả nhất đối với các túi vải theo hƣớng
dọc, nhƣng nhƣ vậy túi vải bị mòn mạnh, đặc biệt ở phần dƣới. Sự rung lắc cần phải
ngắn và đột ngột nhƣng không quá mạnh để tránhnhững lực cơ học lớn tác động vào
vải.
Bụi
Khí bụi
Khí sạch
Hình 2.12: Lọc tay áo
Ống gom khí sạch
Bộ phận giũ bụi
Phễu chứa bụi
Ống tay áo
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 39 -
Công đoạn rung lắc các túi vải theo phƣơng dọc nhƣ sau: nâng thanh treo lên 7
÷ 10 cm, sau đó cho rơi tự do từ độ cao này cùng với túi vải để gây xóc va đập. Việc
nâng và thả túi vải đƣợc lặp đi lặp lại 5 đến 15 lần phụ thuộc vào các tính chất của
bụi. Phƣơng pháp tái sinh này khá hiệu quả và sử dụng cho các vải nặng. Sự dao
động các túi vải nằm ngang thƣờng đƣợc sử dụng cho vải mỏng với bề mặt nhẵn.
Khi tiến hành tái sinh vải, lớp bụi lắng bám bên ngoài bị bong ra và rớt xuống
phễu chứa bụi, nhƣng bên trong vải vẫn còn lại một lƣợng lớn bụi nằm giữa các sợi
và bám trên xơ, do đó khi tái sử dụng thiết bị vẫn giữ đƣợc hiệu suất lọc cao.
Thiết bị lọc đƣợc chế tạo thành nhiều đơn nguyên và lắp ghép nhiều đơn
nguyên để thành một hệ thống có năng suất lọc đáp ứng yêu cầu. Để hệ thống làm
việc đƣợc liên tục, quá trình hoàn nguyên đƣợc tiến hành định kỳ và tuần tự cho
từng đơn nguyên hoặc từng nhóm đơn nguyên trong lúc các đơn nguyên khác trong
hệ thống vẫn làm việc theo chu kì lọc bình thƣờng. Khí thổi ngƣợc hay khí nén phụt
ra trong quá trình hoàn nguyên đƣợc dẫn sang các đơn nguyên khác của hệ thống để
nhập vào với dòng khí cần lọc.
Năng suất và hiệu quả lọc của thiết bị lọc túi vải hoặc ống tay áo phụ thuộc rất
nhiều vào chất liệu vải lọc.
c. Tính toán:
Sức cản của thiết bị lọc không nên vƣợt quá 750 ÷ 1500 Pa và chỉ trong trƣờng
hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 2 ÷ 2.5 kPa. Khi sức cản tăng cao có thể xảy ra
hiện tƣợng nhƣ ống tay áo bị rách đƣờng khâu, bị bật ra khỏi các mối liên kết với
hộp thiết bị...
Để tính một cách gần đúng diện tích bề mặt lọc yêu cầu, cần xác định lƣu lƣợng
tổng cộng của khí đi qua thiết bị lọc.
Diện tích bề mặt lọc (bề mặt của tất cả các ồng tay áo) có thể xác định theo
công thức:
2
221
21 ,mSq
LLSSS
Trong đó:
S1- diện tích bề mặt lọc của tất cả các đơn nguyên cùng làm việc đồng
thời, m2.
S2 ÷diện tích bề mặt vải lọc của các đơn nguyên cần tiến hành chu kỳ
hoàn nguyên, m2.
L1- lƣu lƣợng khí cần lọc có kể đến lƣợng khí thâm nhập vào thiết bị
qua khe hở, m3/ph.
L2 ÷lƣu lƣợng khí thổi giũ bụi, m3/ph có thể nhận
phmSL /,)8.15.1( 3
22
q - năng suất lọc đơn vị của vải lọc, m3/m
2.ph
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 40 -
Trị số q có thể nhận nhƣ sau tuỳ thuộc vào loại vải lọc:
Vải lọc Len hoặc vải bông
sợi
Vải bằng sợi tổng
hợp
Vải bằng sợi thuỷ
tinh
Năng suất lọc đơn
vị q, m3/m
2.ph
0.6 ÷ 1.2 0.5 ÷ 1 0.3 ÷ 0.9
Số lƣợng ống tay áo hoặc số đơn nguyên thiết bị lọc đƣợc xác định theo công
thức:
0S
Sn
Trong đó S0 ÷diện tích bề mặt của một ống tay áo, hoặc bề mặt lọc của một đơn
nguyên một cách tƣơng ứng, m2.
2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN
2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên
lí làm việc
Thiết bị lọc bụi bằng điện gồm
một dây kim loại nhẵn tiết diện bé 1
đƣợc căn theo trục của ống kim loại
2 nhờ có đối trọng 3.
Dây kim loại đƣợc cách điện
hoàn toàn với các bộ phận xung
quanh tại vị trí 4 và đƣợc nạp điện
một chiều với điện thế cao, khoảng
50000V trở lên. Đó là cực âm của
thiết bị. cực dƣơng là ống kim loại
vao bọc xung quanh cực âm và
đƣợc nối đất. dƣới điện thế cao mà
dây kim loại đƣợc nạp, nó sẽ tạo ra
bên trong ống cực dƣơng một điện
trƣờng mạnh và khi dòng khí mang
bụi đi qua, những phân tử khí trong
dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền
điện tích âm (electron) cho hạt bụi
dƣới các tác động va đập quán tính
và /hoặc khuếch tán ion. Nhờ thế
các hạt bụi bị hút về phía cực dƣơng, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ,
mất tích điện và rơi xuống phiễu chứa bụi 5.
Ngoài loại thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, ngƣời ta còn có thể tạo cực
dƣơng hút bụi bằng các tấm bản đặt song song hai bên các dây cực âm và lúc đó ta
có thiết bị lọc bằng điện kiểu tấm bản.
Bụi
Khí bẩn
Khí sạch
1
2
3
4 5
Hình 2.13. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống
1- Điện cực lắng; 2- Điện cực quầng sáng;
3- Khung; 4- Bộ phận giũ bụi; 5- Cách điện.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 41 -
Các kiểu thiết bị lọc bụi bằng điện này gọi là loại một vùng, tức là vùng ion hóa
và vùng hút bụi cùng kết hợp làm một. Nhƣợc điểm của loại thiết bị này là đòi hỏi
phải có nguồn điện cao áp 50 ÷100kV. Với điện áp cao nhƣ thế những hiện tƣợng
phụ không mong muốn thƣờng xảy ra nhƣ tạo ra khí NOx, ozon v.v..và khá phức tạp
trong khâu cấp điện. Để tránh những nhƣợc điểm trên, ngƣời ta chế tạo loại thiết bị
lọc bụi hai vùng.
Trong thiết bị lọc bụi hai vùng, nguồn điện có điện thế 220V đƣợc cấp vào bộ
phận nắn dòng và tăng điện áp để tạo thành nguồn điện một chiều với điện áp 13 và
6.5kV. điện áp 13kV đƣợc nối vào điện cực dƣơng bằng dây thép mảnh đƣờng kính
4 ÷8mm đặt cách nhau cỡ 30mm của vùng ion hóa, còn vùng thu bụi là các điện cực
âm dƣơng xen kẽ dƣới dạng tấm bản đặt cách nhau 10mm, cực âm nối đất và cực
dƣơng nối với nguồn điện 6.5kV.
Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bằng điện phụ thuộc chủ yếu vào kích thƣớc của
hạt bụi, cƣờng độ của điện trƣờng và thời gian hạt bụi nằm trong vùng tác dụng của
điện trƣờng.
Hình 2.14: Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm
Tấm bản cực
dương hút bụi
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 42 -
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc
bụi bằng điện hai vùng.
2.5.2 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi
Mặc dù loại thiết bị lọc bụi bằng điện một vùng có những nhƣợc điểm trên
nhƣng đƣợc áp dụng khá phổ biến và các quá trình vật lý xảy ra trong đó cũng dễ
dàng lý giải bằng các mô hình lý hóa do đó chỉ xem xét loại này.
Dƣới một điện áp tới hạn, các phân tử khí hoặc không khí bị ion hóa ở điện cực
nạp điện và phân chia thành các ion dƣơng và âm.
Các ion dƣơng tập trung đậm đặc ở gần điện cực âm và tạo thàng quầng sáng
corona xung quanh điện cực. nếu điện áp đƣợc khống chế dƣới giới hạn nguy hiểm
thì sẽ không xảy ra tia lửa điện gây sự cố và tổn hao năng lƣợng. Các ion khí mang
dấu - sẽ di chuyển về phía cực dƣơng và trên đƣờng chuyển động chúng va đập vào
các hạt bụi làm cho các hạt bụi bị tích điện âm, nhờ đó bụi bị hút vào các bản cực
thu bụi. Quá trình tích điện của những hạt bụi xảy ra rất nhanh do số lƣợng ion dày
đặc và kích thƣớc của chúng nhỏ hơn nhiều so với ngay cả hạt bụi dƣới micromet;
kết quả là hầu hết bụi đƣợc tích điện ngay từ tiết diện vào của thiết bị.
Điện lƣợng mà hạt bụi có thể tích đƣợc tỷ lệ thuận với bình phƣơng của đƣờng
kính hạt.
Điện lƣợng q mà hạt bụi hình cầu đƣờng kính δ tích đƣợc trong điện trƣờng có
cƣờng độ Ec đƣợc xác định theo công thức sau: 2 co Epq
Trong đó: 2
3
D
Dp , D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi.
Đối với đa số loại bụi D nằm trong khoảng 2÷8 và p = 1,5÷ 2,4. Đối với bụi
không dẫn điện có thể lấy p =1,75, bụi kim loại thì D = ∞ và lúc đó p = 3.
o - hệ số thẩm thấu điện, )./(,10.854.8 12 mVCo
cE - cƣờng độ điện trƣờng ion hóa tức độ thay đổi điện áp trên đơn vị chiều dài,
V/m.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 43 -
q - điện lƣợng, culong (C)
- đƣờng kính hạt bụi, m
Công thức trên áp dụng đối với bụi có đƣờng kính m 5,0 khi quá trình tích
điện của hạt bụi xảy ra dƣới tác động va đập quán tính của ion vào hạt bụi là chủ
yếu.
Đối với bụi có kích thƣớc bé ( m 2,0 ) quá trình tích điện xảy ra chủ yếu là
do khuếch tán ion và luc đó điện lƣợng q của hạt bụi sẽ xác định theo công thức:
eq 810
Trong đó: e - điện tích của electron, e = 1,6.10-19
C
Nhƣ vậy, điện tích cực đại mà hạt bụi có đƣờng kính δ ≥ 0.5µm nhận đƣợc tỷ lệ
thuận với bình phƣơng đƣờng kính, còn hạt bụi với δ dƣới 0.2 µm - tỷ lệ thuận với
đƣờng kính.
Đối với cỡ bụi m 5,02,0 cả hai tác động va đập và khuếch tán đều xảy ra
và tốc độ tích điện nhanh nhất là bụi có m 3,0
Lực tĩnh điện tác dụng lên hạt bụi δ ≥ 0.5µm của điện trƣờng hút Ep: 22 poe EEpF , đối với thiết bị lọc bụi bằng điện một vùng Ep =1.
2.5.3 Phân loại:
Một số loại thiết bị lọc bằng điện là: kiểu ống, kiểu tấm bản, kiểu một vùng,
kiểu hai vùng.
Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu 2 vùng thƣờng đƣợc áp dụng để lọc bụi trong
các hệ thống thông gió, còn kiểu một vùng đƣợc áp dụng rất rộng rãi để lọc bụi
trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp.
Ngoài các kiểu nêu trên, ngƣời ta còn phân biệt các kiểu khác của thiết bị lọc
bụi bằng điện sau đây:
Tuỳ thuộc vào chiều hƣớng chuyển động của dòng khí đi qua thiết bị lọc, ta có
thiết bị lọc kiểu ngang và kiểu đứng.
Về biện pháp làm sạch, thải bụi ra khỏi thiết bị lọc ngƣời ta phân biệt thành loại
khô và ƣớt.
Trong thiết bị lọc bằng điện loại khô, bụi bám trên các điện cực (cả điện cực thu
bụi lẫn điện cực ion hoá) đƣợc làm sạch bằng phƣơng pháp cơ khí nhƣ rung, va đập
để bụi rơi xuống phễu chứa rồi bằng hệ thống bàn cào hoặc trục vít bụi đƣợc thải ra
ngoài.
Trong thiết bị lọc bằng điện loại ƣớt, bụi bám trên các điện cực đƣợc tẩy rửa
bằng cách phun nƣớc, giội nƣớc. Nƣớc có thể đƣợc phun hoặc giội một cách liên
tục hoặc gián đoạn từng chu kỳ. Khi phun nƣớc liên tục, ngƣời ta chú ý tạo thành
màng nƣớc mỏng chảy trên bề mặt của điện cực thu bụi, nhờ thế bụi bị hút vào điện
cực lập tức đƣợc màng nƣớc cuốn trôi xuống thùng chứa mà ít có khả năng bị dòng
khí làm tung ra và mang theo ra ngoài.
2.5.4 Phƣơng trình của thiết bị lọc bụi bằng điện:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 44 -
Trƣờng hợp thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, bán kính ống cực dƣơng hút bụi
là R, đƣờng kính dây kim loại cực âm ở giữa rất nhỏ so với R ta có thể bỏ qua.
Ta chọn trục x trùng với dây cực âm - trục của ống hình trụ, trục y vuông góc
theo phƣơng bán kính của hình trụ.
Nếu dòng khí chuyển động trong ống với vận tốc trung bình và nhỏ - chế độ
chảy tầng thì trƣờng vận tốc trên mặt cắt ngang của ống sẽ có dạng parabon. Vận
tốc dòng khí chảy dọc theo trục x tại tung đô y bất kì sẽ tính bằng:
)1(2
2
maxR
yvvx ,
Trong đó vmax là vận tốc cực đại ở tại tâm của tiết diện ống, đúng bằng 2 lần vận
tốc trung bình của dòng khí trong ống:
2max 22R
Lvv TB
L là lƣu lƣợng dòng khí đi qua ống.
Chiều dài của ống hình trụ để hạt bụi bị giữ lại rong ống là:
R
Ll
3
4
là vận tốc di chuyển của hạt bụi dƣới tác dụng của lực tĩnh điện.
Khi chuyển động của khí trong ống là chảy rối thì trƣờng vận tốc trên mặt cắt
ngang của ống gần nhƣ là hình chữ nhật, vận tốc ở tâm cũng nhƣ ở xa tâm đều bằng
nhau constR
Lv
2, lúc đó ta có:
R
LvRl
Trong trƣờng hợp thiết bị là kiểu tấm bản, khi tấm bản đặt cách nhau 2a và có
chiều cao là h với chế độ chảy rối của khí ở giữa tấm bản ta có:
h
Lval
2
0 vmax
vx
Hình 2.16: Sơ đồ tính toán thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 45 -
a
a
l
Cx
Co
x dx
Hình 2.17: Sơ đồ tính toán hiệu quả lọc của
thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản
Cần lƣu ý là chuyển động của dòng khí trong thiết bị lọc bụi bằng điện trên thực
tế là mang tính chất chảy rối.
2.5.5 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi bằng điện:
Trƣờng hợp thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản.
Giả thiết rằng sự phân bố nồng độ bụi trên tiết diện ngang của thiết bị là nhƣ
nhau và không phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ vào đến tiết diện xem xét.
Giá trị tuyệt đối của nồng độ bụi dọc theo chiều dàicủa thiết bị giảm dần. mức
độ lọc bụi của thiết bị đƣợc xác định theo trị số trung bình của nồng bộ trên tòan tiết
diện ngang của thiết bị. Ta ký hiệu trị số nồng độ trung bình nói trên tại mặt cắt ở
khoảng cách x tính từ đầu vào của thiết bị là Cx
Co là nồng độ của bụi ở gần bản cực hút bụi có thể biểu diễn dƣới dạng sau:
xo CC
Trong đó:
- hệ số tỷ lệ - hằng số đối với mọi mặt bất kỳ giả thiết rằng quy luật
phân bố nồng độ trên mặt cắt là không thay đổi theo x.
Ta có: )exp(12av
lCC
Trong đó:
C1, C2 ÷nồng độ bụi ban đầu và cuối cùng của khí ở trƣớc và sau bộ
lọc, mg/m3.
l - chiều dài của tấm bản, m.
v - vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản, m/s.
Hiệu quả lọc của thiết bị đƣợc biểu diễn qua nồng độ đầu và cuối của bụi trong
khí đi qua bộ lọc theo biểu thức:
1
21
C
CC
Thay giá trị C2vào biểu thức này ta đƣợc:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 46 -
)exp(1av
l
Trường hợp thiết bị lọc bụi kiểu ống:
Thay vì khoảng cách a ta sẽ có bán kính R của cực hút bụi hình trụ, còn trục x
là trục của hình trụ và đồng thời đó là cực ion hóa của bộ lọc.
Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống là:
)exp(1Rv
l
2.6 THIẾT BỊ LỌC BỤI KIỂU ƢỚT.
Quá trình lọc bụi trong thiết bị lọc kiểu ƣớt đƣợc dựa trên nguyên lý tiếp xúc
giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải
ra ngoài dƣới dạng cặn bùn. Phƣơng pháp lọc bụi bằng thiết bị lọc kiểu ƣớt có thể
xem là đơn giản nhƣng hiệu quả rất cao
Ưu điểm:
- Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớc dễ chế tạo, giá thành thấp nhƣng hiệu quả lọc bụi
cao
- Có thể lọc bụi có kích thƣớc dƣới 0,1μm
- Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số thiết bị lọc bụi
khác không thể đáp ứng đƣợc nhƣ bộ lọc túi vải, bộ lọc bằng điện.
- Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớc không những lọc bụi mà còn lọc đƣợc khí độc hại
bằng quá trình hấp thụ, bên cạnh đó nó còn đƣợc sử dụng nhƣ thiết bị làm nguội và
làm ẩm khí mà trong nhiều trƣờng hợp trƣớc thiết bị lọc bụi bằng điện phải cần đến
nó.
Nhược điểm:
- Bụi đƣợc thải ra dƣới dạng cặn bùn do đó co thể làm phức tạp cho hệ thống
thoát nƣớc và sử lí nƣớc thải.
- Dòng khí thoát ra từ khí từ thiết bị lọc có độ ẩm cao và có thể mang theo cả
những giọt nƣớc làm han gỉ đƣờng ống, ống khói và các bộ phận khác ở phía sau
thiết bị lọc.
- Trƣờng hợp khí thải có chứa chất ăn mòn cần bảo vệ thiết bị và hệ thống
đƣờng ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và đƣờng ống bằng vật liệu
không han gỉ.
Chất lỏng đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị lọc bụi kiểu ƣớt là nƣớc
Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớt đƣợc chia thành các loại sau đây tùy thuộc vào nguyên
lí hoạt động của chúng:
- Buồng phun, buồng rửa khí rỗng
- Thiết bị lọc có lớp điện bằng vật liệu rỗng và đƣợc tƣới ƣớt
- Thiết bị lọc có đĩa sụt khí hoặc đĩa sủi bọt
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 47 -
- Thiết bị lọc có lớp vật liệu hạt di động
- Thiết bị lọc theo nguyên lí va đập quán tính
- Thiêt bị lọc theo nguyên lí ly tâm
- Thiết bị lọc venturi
2.6.1 Buồng phun - Thùng rửa khí rỗng.
Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng đƣợc
sử dụng rất phổ biến để lọc bụi thô trong khí
thải đồng thời để làm nguội khí nhƣ là cấp lọc
chuẩn bị và gia công bụi trƣớc thiết bị lọc bằng
điện nhằm giảm nồng độ bụi ban đầu và điều
chỉnh điện trở suất của bụi.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Nƣớc đƣợc phun từ trên xuống dƣới và
dòng khí đƣợc dẫn ngƣợc chiều từ dƣới lên
trên. Cũng có thể bố trí vòi phun từ bốn phía
xung quanh và phun theo phƣơng ngang vào
dòng khí.
Để dòng khí phân bố đƣợc đều đặn trên tiết
diện ngang của thiết bị, ngƣời ta có bồ trí bộ
phận phân phối khí ở tiết diện vào của dòng
khí.
Nếu các khí cần làm sạch gây tác dụng hóa
học với vỏ thiết bị thì mặt trong vỏ đƣợc lót
lớp bảo vệ là vật liệu bền axit.
Nếu dùng tháp rỗng để làm nguội khí thì nƣớc cấp vào tháp có áp suất cao 20at
qua mỏ phun với lỗ phun có đƣờng kính 1- 2mm. Để tránh tắc vòi phun, nƣớc phải
đƣợc lọc trƣớc.
Nếu dùng tháp rỗng để làm nguội khí và thu bụi thì cƣờng độ phun dịch thể
tăng đến 3 ÷ 5m3 cho 1000m
3 khí.
Mức thu bụi trong tháp rửa rỗng sẽ tăng khi tăng lƣợng dịch thể đƣợc phun vào
vì khi đó tăng bề mặt giọt dịch thể tiếp xúc với các hạt bụi.
Vận tốc dòng khí trong thiết bị khỏang 0.6 ÷1.2 m/s. nếu vận tốc khí lớn hơn
nƣớc có thể bị dòng khí mang theo nhiều mà tấm chắn nƣớc không đủ khả năng để
cản lại
2.6.2 Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng đƣợc tƣới nƣớc.
Thiết bị khử bụi có lớp đệm rỗng đƣợc tƣới nƣớc con gọi là tháp rửa khí hay
(scrubber)
Cấu tạo: gồm một thùng tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên trong có chứa một lớp
đệm bằng vật liệu rỗng và đƣợc tƣới nƣớc. Lớp vật liệu rỗng thƣờng dùng là các
loại khâu có hình dạng khác nhau làm bằng kim loại màu, sứ, nhựa.
Hình2.18. Tháp rửa khí rỗng
1- Khí vào; 2- Khí sạch ra; 3- Chất lỏng
đƣa vào hệ thống phun; 4- Xả bụi
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 48 -
Hình 2.19. Tháp rửa khí có lớp đệm
1- Khí vào; 2- Khí sạch ra; 3- Chất lỏng
đƣa vào hệ thống phun; 4- Xả bụi; 5- Lớp
vl đệm; 6- Tấm đục lỗ
Các thông số kỹ thuật cơ bản của lớp đệm rỗng là:
- Diện tích bề mặt đơn vị Sa ÷diện tích bề mặt tiếp xúc của 1m3 vật liệu rỗng,
m2/m
3.
- Diện tích tiết diện rỗng trên
1m2 tiết diện ngang của lớp vật liệu
rỗng So, m2/m
2, trị số So đồng thời
cũng là thể tích rỗng của 1m3 vật liệu
rỗng, m3/m
3.
- Đƣờng kính tƣơng đƣơng của
lớp vật liệu rỗng: mS
Sd
a
o
td ,4
- Sức cản khí động của lớp vật
liệu rỗng: td
KK
dS
vHp
0
2
2
Trong đó: - hệ số sức cản khí
động của lớp vật liệu rỗng.
Kv - vận tốc khí đi qua
tiết diện sống của lớp vật liệu rỗng,
m/s.
H ÷chiều cao lớp vật
liệu rỗng, m.
K - khối lƣợng đơn vị của khí, kg/m3.
Hệ số sức cản phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí trong thiết bị thông
qua chuẩn số Raynon: aKKKK Sv /4Re
Khi ReK < 80: 85.0Re
400
K
Khi 80< ReK < 400: 45.0Re
70
K
Khi ReK > 400: 2.0Re
5.16
K
Nguyên lý hoạt động: Khí đi từ dƣới lên xuyên qua lớp vật liệu rỗng, khi tiếp
xúc với bề mặt ƣớt của lớp vật liệu rỗng bụi sẽ bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra
ngoài. Một phần bụi bị nƣớc cuốn trôi xuống thùng chứa và đƣợc xả dƣới dạng bùn.
Định kỳ ngƣời ta sẽ rửa lớp vật liệu rỗng.
Nhƣợc điểm của loại thiết bị này là khi vận tốc khí cao thì thiết bị này không
hoạt động đƣợc do có hiện tƣợng sặc nƣớc (nƣớc bị thổi ngƣợc trở lên và có thể
dâng trào vào đƣờng ống thoát khí sạch)
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 49 -
2 3 4 2
1 5 6
khí khí
Hình 2.20: Thiết bị phun nƣớc có lớp đệm rỗng kiểu nằm ngang
1.Vòi phun, 2.Vỏ và khung, 3.Hệ thống tƣới, 4. Phần không tƣới nƣớc của
lớp đệm ÷thay cho tấm chắn nƣớc, 5. Bể chứa cặn bùn, 6. Lớp vật liệu rỗng
Ngoài loại tháp phun kiểu đứng với chuyển động ngƣợc chiều của khí và nƣớc,
ngƣời ta còn chế tạo loại thiết bị phun có lớp vật liệu rỗng kiểu nằm ngang. Lọai
thiết bị này có thể làm việc với vận tốc khí lớn (có thể đạt 10m/s). Do đó kích thƣớc
của thiết bị sẽ đƣợc gọn nhẹ hơn.
Lƣợng nƣớc phun trong thiết bị này thƣờng nằm trong khoảng 0.15÷0.5l/m3.
Hiệu quả lọc đạt 90% đối với cỡ bụi δ >2μm.
Hiệu quả lọc của thiết bị phun nƣớc khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng có
thể đƣợc xác định bằng công thức sau:
Stkd
H
qS onO ))(1(exp(1
Trong đó:
- hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào loại vật liệu rỗng.
do ÷đƣờng kính hoặc kích thƣớc đặc trƣng của các loại khâu dùng làm
vật liệu rỗng.
qn - lƣợng nƣớc bị giữ lại trong lớp vật liệu rỗng
man Sq m3/m
3;
m - bề dày của lớp nƣớc láng ƣớt bề mặt tiếp xúc của lớp vật liệu
rỗng.
Stk - chuẩn số Stoke đối với hệ thống khí và bụi với kích thƣớc đặc
trƣng do của khâu vật liệu rỗng.
oKbK dvStk 18/2
Dƣới đây là trị số do và của các khâu khác nhau: do, mm
- Khâu Raschig, khâu yên ngựa Berl, khâu intalox: 12,7 0,192
- Khâu Berl, khâu Raschig, khâu Pall 25,4 0,19
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 50 -
38,0 0,165
- Than cốc 76 ÷ 127 0,03
2.6.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí )có đĩa chứa nƣớc sủi bọt.
Nguyên lý làm việc: nƣớc
đƣợc cấp vào đĩa vừa đủ để
tạo một lớp nƣớc có bề cao
thích hợp, dòng khí đi từ dƣớc
lên trên qua đĩa đục lỗ, làm
cho lớp nƣớc sủi bọt. Bụi
trong khí tiếp xúc với bề mặt
của bong bóng nƣớc và bị giữ
lại rồi theo nƣớc chảy xuống
thùng chứa.
Đĩa đục lỗ dùng trong thiết
bị là lỗ tròn có đƣờng kính do
= 4÷8mm hoặc rãnh song song
có bề rộng b = 4÷5 mm. Diện
tích sống của đĩa nằm trong
khỏang 0.2÷0.25m2/m
2. khi sử
dụng thiết bị với mục đích vừa
lọc bụi vừa làm nguội khí thì
diện tích sống của đĩa có thể
lên đến 0.4÷0.5m2/m
2.
Thiết bị lọc bụi ƣớt kiểu đĩa sủi bọt có khả năng lọc đựơc bụi có kích thƣớc lớn
hơn hoặc bằng 5µm với hiệu quả lọc tƣơng đối cao.
Hiệu quả lọc bụi của thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nƣớc sủi bọt có thể đƣợc xác
định theo các công thức sau, không những phụ thuộc và chiều cao lớp bọt mà còn
phụ thuộc vào các thông số vật lý của bụi:
Đối với bụi thấm ƣớt:
04,0
2
005,0
2)(]
)([89,0
on
Kb
po
nK
dg
v
hhg
Lv
Đối với bụi khó thấm ƣớt:
235,0
2
005,0
2)(]
)([89,0
on
Kb
po
nK
dg
v
hhg
Lv
Trong đó ngoài các kí hiệu quen thuộc còn có:
oh - chiều cao của lỗ trên đĩa đục lỗ (tức bề dày của đĩa)
Hình 2.21. Tháp sủi bọt
1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Chất lỏng đƣa
vào hệ thống phun; 4- Xả bụi; 5- Lớp chất lỏng sủi
bọt; 6- Đĩa dục lỗ
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 51 -
ph - chiều cao tấm phản xạ, m
od - đƣờng kính của lỗ tròn trên đĩa đục lỗ, m
n - hệ số nhớt động lực của nƣớc, Pa.s
Kv - vận tốc của khí qua tiết diện sống của đĩa đục lỗ, m/s
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 52 -
Chƣơng 3
CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP
3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI
3.1.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng
Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình hoà tan chất khí trong chất lỏng khi
chúng tiếp xúc với nhau. Cơ cấu của quá trình này có thể chia làm 3 bƣớc:
- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí không khối khí thải đến bề mặt
chất lỏng hấp thụ.
- Thâm nhập và hoà tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ.
- Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng
khối chất lỏng hấp thụ.
1. Một số vấn đề cơ bản của quá trình trao đổi chất.
Hiện tƣợng dẫn nhiệt trong chất khí là kết quả của sự chuyển động hỗn lọan
của các phân tử khí, làm chúng bị xáo trộn và dẫn tới sự cân bằng năng lƣợng giữa
các phân tử. Nhờ có chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ của nồng độ chất khí
trong hỗn hợp sẽ giảm dần ngay cả khi không có sự can thiệp của ngọai lực nhƣ
khuấy, lắc…
Ta xem xét một hỗn hợp gồm hai
chất A và B trong bình đựng cùng nhiệt
độ và áp suất. số lƣợng phân tử trong
một đơn vị thể tích là n, trong đó nA là
số lƣợng phân tử A và nB là số lƣợng
phân tử chất B, ta sẽ có BA nnn .
Động học chất khí chứng tỏ rằng ở
cùng nhiệt độ và áp suất số lƣợng phân
tử n ở mọi điểm khác nhau của bình là
nhƣ nhau.
Giả thiết rằng số lƣợng phân tử nA
và nB thay đổi theo phƣơng Z, trong đó
nA nhiều hơn ở phía dƣới của bình, còn
nB nhiều hơn ở phía trên của bình. Lúc
đó ta có sự chuyển động của phân tử A
từ dƣới đáy bình đi lên trên và các phân
tử chất B từ bên trên chuyển động xuống dƣới.
Số lƣợng phân tử chất A từ dƣới đi lên qua mặt cắt O-O sẽ đƣợc xác định theo
biểu thức:
dZ
dnDN A
ABA
n = nA + nB
NA
NB
0
Z
Hình 3.1: Biểu diễn quá trình trao đổi
chất của hai chất A và B trong hỗn hợp
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 53 -
Và số lƣợng tử chất B từ trên đi xuống qua mặt cắt O-O sẽ là:
dZ
dnDN B
BAB
Trong đó:
ABD - hệ số khuếch tán của chất A trong hỗn hợp A-B
BAD - hệ số khuếch tán của chất B trong hỗn hợp B-A
dZ
dnA , dZ
dnB - lần lƣợt là gradian mật độ phân tử chất A và B theo
phƣơng Z.
Từ các điều kiện BA nnn và n = const ta rút ra đƣợc:
dZ
dnA = - dZ
dnB
Để đảm bảo điều kiện n = const, số lƣợng phân tử nói chung đi qua mặt phẳng
O-O phải bằng không ( 0 BA NN ). Do đó BAAB DD - tức là hệ số khuếch tán
chất A và chất B trong hỗn hợp A-B là bằng nhau. Vì vậy ta có thể viết ngắn gọn hệ
số khuếch tán là D
Phƣơng trình khuếch tán còn có thể đƣợc biểu diễn qua gradian nồng độ:
dZ
dCDm A
A (định luật Fick)
Trong đó:
mA - dòng khối lƣợng chất A đi qua đơn vị thể tích trong đơn vị thời
gian, kg/m2.s hoặc mol/m
2.s
CA - nồng độ chất A, kg/m3 hoặc mol/m
3.
Z - là khoảng cách, m.
D - hệ số khuếch tán, m2/s.
2. Trao đổi chất và lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng).
Để trao đổi một lƣợng chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ, cần phải
trao đổi các phân tử qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (màng, phim). Các phân tử
đi qua lớp biên từ hai phía, một số từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng. Cƣờng
độ trao đổi thực phụ thuộc vào các yếu tố tác động nhƣ: nhiệt độ, áp suất, nồng độ,
độ hoà tan. Nồng độ phân tử phía chất khí phụ thuộc vào cả hai hiện tƣợng khuếch
tán: khuếch tán rối và khuếch tán phân tử. Thông thƣờng khuếch tán rối có tác dụng
làm cho nồng độ phân tử đƣợc đều đặn trong khối khí còn khuếch tán phân tử có tác
dụng làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên. ở phía chất lỏng cũng
xảy ra hiện tƣợng tƣơng tự nhƣ trên, trong đó khuếch tán rối đƣợc hình thành để giữ
cho nồng độ đƣợc đều đặn trong toàn bộ khối chất lỏng, cón khuếch tán phân tử
dịch chuyển các phân tử đến lớp biên và đi vào pha khí. Nếu các phân tử của khí đi
qua lớp biên và đi vào chất lỏng có phản ứng hoá học với chất lỏng hoặc bị giữ lại
bằng các quá trình vật lý khác làm cho chúng không thể quay trở lại khối khí thì
cƣờng độ trao đổi thực của khí vào chất lỏng sẽ tăng.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 54 -
Để tiện cho phân tích lý giải, ta xem rằng lớp biên ngăn cách giữa các pha khí
và lỏng gồm có hai lớp: một lớp biên khí và một lớp biên lỏng ÷ngƣời ta gọi đó là
lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng) và đƣợc thể hiện ở hình 3.2.
Cƣờng độ trao đổi chất từ pha này sang pha kia là tỉ lệ thuận theo diện tích tiếp
xúc và thế năng trao đổi chất với hệ số tỉ lệ k đƣợc gọi là hệ số trao đổi chất.
Xét riêng lẻ từng lớp biên ta có thể viết phƣơng trình trao đổi chất nhƣ sau:
Đối với lớp biên khí:
)( AiAGGA ppkN
Đối với lớp biên lỏng:
)( ALAiLA CCkN
Trong đó:
NA - cƣờng độ trao đổi chất của chất A qua đơn vị diện tích của lớp biên,
mol/m2.h hoặc kg/m
2.h.
pAG - áp suất riêng của chất khí A trong khối khí(ở cách xa lớp biên), atm hoặc
mmHg.
pAi - áp suất riêng của chất khí A thuộc pha khí trong lớp biên khí trên bề mặt
chất lỏng, atm hoặc mmHg.
CAi - nồng độ chất A thuộc pha lỏng trong lớp biên chất lỏng, kg/m3 hoặc g/l.
CAL - nồng độ chất A thuộc pha lỏng trong khối chất lỏng (cách xa lớp biên
lỏng), kg/m3 hoặc g/l.
kG - hệ số trao đổi chất thuộc pha khí của lớp biên khí tính theo chênh lệch áp
suất riêng, mol/m2.h.atm hoặc kg/m
2.h.atm, kg/m
2.h.mmHg.
kL - hệ số trao đổi chất của lớp biên chất lỏng tính theo chênh lệch nồng độ,
mol/m2.h.kg/m
3 hoặc kg/m
2.h.kg/m
3 ÷m/h.
3. Các phương trình của quá trình hấp thụ:
Hấp thụ khí là thu một chất khí hoặc hơi bằng chất lỏng nhờ các quá trình vật
lý và hoá học. Trong quá trình hấp thụ, chất bị hấp thụ đƣợc hoà tan vào trong pha
lỏng - chất hấp thụ.
Pha khí
Pha lỏng
Khuếch tán phân tử
Khuếch tán phân tử Lớp biên khí
Lớp biên chất lỏng
yAi
yAG pAG
pAi
xAi CAi
xAL CAL
Hình 3.2: Mô hình hai lớp biên ngăn cách giữa hai pha khí và lỏng
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 55 -
Để hấp thụ đƣợc chất ô nhiễm, các phân tử chất ô nhiễm cần đƣợc khuếch tán
đến bề mặt lớp biên ngăn cách, đi qua cả hai lớp biên khí và lỏng và cuối cùng thâm
nhập vào khối chất lỏng. Có nghĩa là cƣờng độ trao đổi thực của phân tử qua mỗi
lớp biên là nhƣ nhau, do đó ta có:
)()( ALAiLAiAGGA CCkppkN
Phƣơng trình trên còn có thể đƣợc biểu diễn qua chênh lệch của tỷ suất mol của
chất khí cần hấp thụ trong pha khí cũng nhƣ trong pha lỏng:
)()( ALAixAiAGyA xxkyykN
Trong đó:
AiAG yy , - lần lƣợt là tỷ suất mol của chất A trong khối khí và trong lớp biên
khí ở sát bề mặt ngăn cách.
AiAL xx , - lần lƣợt là tỷ suất mol của chất A trong khối chất lỏng và trong lớp
biên chất lỏng ở sát bề mặt ngăn cách.
yx kk , - lần lƣợt là hệ số trao đổi chất của lớp biên lỏng và lớp biên khí tính
theo chênh lệch tỷ suất mol, mol/m2.h.
Tỷ suất mol là tỉ số giữa số mol chất khí A trên tổng số mol của cả chất A và B
trong hỗn hợp khí A - B. Đối với pha lỏng: đó là tỷ số giữa số mol của chất khí A
trên tổng số mol của dung môi và chất hoà tan.
Nồng độ C, áp suất p, áp suất toàn phần P và tỷ suất mol có liên quan chặt chẽ
với nhau ( Pyp ii ), do đó:
LMx kk và Gy Pkk
Trong đó:
M - Khối lƣợng đơn vị của pha lỏng.
P - Áp suất toàn phần của pha khí.
Trong quá trình hấp thụ bằng chất lỏng, chất ô nhiễm hoà tan A cần đƣợc
khuếch tán ra khỏi pha khí và thâm nhập vào pha lỏng, chúng thƣờng đƣợc giả thiết
rằng hai pha khí và lỏng trong hai lớp biên luôn luôn ở trạng thái cân bằng trên tất
cả các điểm của bề mặt tiếp xúc và không có một trở lực nào đáng kể xảy ra đối với
quá trình khuếch tán giữa hai lớp biên của bề mặt tiếp xúc. Kết quả là các đại lƣợng
CAi, pAi hoặc xAi và yAi luôn nằm trong mối quan hệ cân bằng. Điều đó có nghĩa là
từng cặp các đại lƣợng CAi và pAi, xAi và yAi trong công thức… nếu biết đại lƣợng
này thì xác định đƣợc đại lƣợng kia. Trong lúc đó các đại lƣợng yAG trong khối khí
và xAL trong khối chất lỏng không ở trạng thái cân bằng vì rằng nếu ở trạng thái cân
bằng thì quá trình khuếch tán sẽ không xảy ra nữa.
Nồng độ A trong pha khí giảm rất nhanh từ yAG đến yAi ở tại điểm sát bề mặt
ngăn cách. Trên bề mặt ngăn cách yAi và xAi ở trạng thái cân bằng. Trong pha lỏng
nồng độ chất A thể hiện qua tỷ suất mol xA cũng nhanh chóng từ trị số xAi trên bề
mặt ngăn cách đến trị số xAL trong lòng khối chất lỏng.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 56 -
4. Tính toán thiết bị hấp thụ:
Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc càng lớn càng tốt giữa hai
pha khí và lỏng. Có rất nhiều kiểu khác nhau của thiết bị hấp thụ, nhƣng có thể phân
chia làm bốn loại chính sau:
- Buồng phun, tháp phun: trong đó chất lỏng đƣợc phun thành giọt nhỏ trong
thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua.
- Thiết bị sục khí: khí đƣợc phân tán dƣới dạng bong bóng đi qua lớp chất
lỏng. Quá trình phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm
đục lỗ hoặc bằng cánh khuấy cơ học.
- Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: khí đi qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nƣớc
mỏng.
- Thiết bị hấp thụ có lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Chất lỏng đƣợc tƣới trên lớp
đệm rỗng và chảy xuống dƣới tạo ra bề mặt ƣớt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc
khi đi qua.
Lý thuyết tính toán thiết bị hấp thụ thông thƣờng đƣợc tiến hành đối với loại
thiết bị có lớp đệm rỗng và chuyển động ngƣợc chiều với dòng khí và chất lỏng.
Chất lỏng (chất hấp thụ) chảy từ trên xuống dƣới và dòng khí đƣợc thổi từ dƣới lên
trên.
Các số liệu ban đầu:
- Khí giàu chất ô nhiễm đi
vào tháp với lƣu lƣợng G1,
mol/m2.h chứa chất A với tỷ suất
mol y1.
- Tỷ suất mol của chất A
trong khí sau xử lý thoát ra ngoài
cần đạt là y2.
- Tỷ suất mol của chất A có
trong chất lỏng hấp thụ ở đầu vào
x2.
- Quan hệ giữa y*, x* trên
đƣờng cong cân bằng.
Nhiệm vụ tính toán là xác
định chiều cao ZT của tháp và lƣu
lƣợng chất lỏng hấp thụ L2 cần
đƣợc tƣới vào tháp để đạt đƣợc
yêu cầu đề ra với mong muốn sao
cho L2 nhỏ nhất có thể đƣợc.
Trong pha khí và pha lỏng
đều gồm hai thành phần: khí trơ và khí A và chất lỏng trơ (dung môi) và khí A (chất
hoà tan). G và L là lƣu lƣợng tổng bao gồm cả phần khí trơ hoặc chất lỏng trơ cộng
với chất A. Nhƣ vậy G và L thay đổi theo từng vị trí trên chiều cao tháp vì có sự di
G L
x y
Khí ra
G2, y2
Chất lỏng vào
L2, x2
Chất lỏng ra
L1, x1
Khí vào
G1, y1
1 1
2 2
ZT
Z
dz
Hình 3.3: Sơ đồ tính toán tháp hấp thụ.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 57 -
chuyển của khí A từ pha khí sang pha lỏng, trong lúc đó phần trơ là hằng số. Ta kí
hiệu phần trơ một cách tƣơng ứng là G’ và L’.
Mối quan hệ giữa tỷ suất mol (x, y) với tỷ số mol (X, Y) rất thƣờng gặp trong
tính toán hấp thụ. Nếu gọi SMA và SMB là số lƣợng mol của chất A và chất B (phần
trơ) trong mỗi pha ta có:
x hoặc yBA
A
SMSM
SM
X hoặc YB
A
SM
SM
X
Xx
1 ;
Y
Yy
1
x
xX
1 ;
y
yY
1
Trên hình 3.4 các điểm B(x1, y1) và C(x2, y2) là các điểm biểu diễn trạng thái
của hệ thống khí - chất lỏng một cách tƣơng ứng ở các mặt cắt 1- 1, 2 - 2 của tháp;
điểm Q là điểm đặc trƣng cho hệ thống tại một số vị trí bất kỳ nào đó của tháp, còn
điểm M là đặc trƣng cho thành phần các pha trên bề mặt ngăn cách (lớp biên). Động
lực của quá trình trao đổi chất tỷ lệ theo đoạn thẳng QM.
Điểm Q luôn luôn nằm về phía trên đƣờng cân bằng. Khi điểm Q tiến gần điểm
M thì động lực của quá trình tiến đến triệt tiêu. Khi Q và m trùng nhau tại một vị trí
nào đó của tháp thì quá trình trao đổi chất chấm dứt bởi vì từ vị trí đó trở đi hai pha
của hệ thống ở trạng thái cân bằng. Để xác định trị số min của L’ ta cần thiết lập
phƣơng trình cân bằng vật chất đối với chất A trong tháp hấp thụ.
Trên toàn bộ tháp ta có: 22111122 yGxLyGxL
x1
B’ B
C
Q
M
y1
y
y2
x *
1xx2
Đƣờng cân bằng
Đƣờng làm
việc
(L’/G’)min
Hình 3.4: Đƣờng cong cân bằng và
đƣờng làm việc của tháp hấp thụ
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 58 -
Trong đó: (G1, L1) và (G2, L2) là lƣu lƣợng hoặc cƣờng độ dòng mol của pha
khí và pha lỏng ở đáy và đỉnh của tháp.
Tại tọa độ Z bất kỳ của tháp lƣu lƣợng của các pha là G và L. Lúc đó phƣơng
trình cân bằng giữa lƣợng mol chất A đi vào và đi ra khỏi phần trên của tháp với tọa
độ Z sẽ là :
22111122 yGxLyGxL
Sau khi chuyển đổi các số hạng ta đƣợc :
)(1
12 LxGyG
xG
Ly
Trên hệ trục x - y phƣơng trình trên là một đƣờng cong (là đƣờng thẳng nếu G
và L là hằng số trên toàn bộ chiều cao của tháp) thể hiện mối quan hệ của thành
phần khí A trong các dòng khí và dòng chất lỏng. Đƣờng biểu diễn ấy đƣợc gọi là
dđƣờng thao tác hay đƣờng làm việc . Trạng thái của các pha ở đáy và đỉnh của tháp
(x1, y1) và (x2, y2) chính là điểm đầu và cuối của đƣờng làm việc (B, C)
Để vẽ đƣợc đƣờng làm việc, ta cần biết G và L tại mỗi điểm trên chiều cao của
tháp. Trong trƣờng hợp hấp thụ, chỉ có chất A đƣợc trao đổi giữa các pha, ta có:
y
GG
1
',
x
LL
1
'
Trong đó, G’ và L’ là hằng số.
Ta cũng có thể lập luận: 2
21
'
y
GG
và
2
21
'
x
LL
Do đó ta có đẳng thức :
)11
(')11
('2
2
2
2
y
y
y
yG
x
x
x
xL
Nếu tỷ suất mol của chất A trong mỗi pha là tƣơng đối bé thì 'GG và 'LL .
Lúc đó đƣờng làm việc là một đƣờng thẳng có độ dốc là L’/G’.
Ta xét hai đƣờng làm việc trên hình 3.4 ứng với các trƣờng hợp L/G thay đổi
dọc theo chiều cao của tháp. Tỷ số L/G càng lớn thì đƣờng làm việc càng dốc đứng
và và động lực của quá trình càng lớn. Ứng với G cho trƣớc, nếu L càng nhỏ thì độ
dốc của đƣờng làm việc càng nhỏ, tức đƣờng làm việc càng có xu hƣớng nằm
nghiêng thoai thoải. Trong trƣờng hợp này nếu điểm C(x2, y2) đã đƣợc ấn định
trƣớc (theo yêu cầu xử lý) thì điểm đầu tức là điểm B của đƣờng làm việc sẽ tiến
gần đến điểm cân bằng, tức là x1 tăng, L giảm, kéo theo là động lực của quá trình
giảm và do đó đòi hỏi tháp phải có kích thƣớc lớn mới đảm bảo yêu cầu khử khí đã
cho. Giới hạn cực đại x1và cực tiểu của L có thể đạt đƣợc khi điểm B tiến sát đƣờng
cân bằng - điểm B’. Tại đó các pha trong thiết bị hấp thụ sẽ cân bằng và quá trình
hấp thụ sẽ không thể xảy ra cho dù tháp có kích thƣớc vô cùng lớn.
Ta có thể xác định giới hạn cực tiểu của L’/G’ bằng cách thay y = y1 và x = x1*
vào trong phƣơng trình, trong đó x1* là hoành độ của điểm B’ nằm trên đƣờng cân
bằng ứng với tung độ y1.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 59 -
Giới hạn cực tiểu (L’/G’)min ứng với điểm B’ là điểm mà tại đó động lực của
quá trình triệt tiêu và quá trình trao đổi chất không thể xảy ra. Do đó trị số
L’/G’thực tế phải lớn hơn giới hạn (L’/G’)min. Nếu L’/G’ lớn hơn nhƣng sát với
(L’/G’)min thì kích thƣớc của tháp vẫn rất lớn. Còn nếu L’/G’ lớn hơn càng nhiều so
với (L’/G’)min thì khoảng cách giữa đƣờng làm việc và đƣờng cân bằng càng lớn,
động lực của quá trình càng lớn, kích thƣớc của tháp càng nhỏ, nhƣng lúc đó lƣu
lƣợng của pha lỏng càng lớn, kéo theo chi phí càng nhiều điện năng cho bơm cấp
chất lỏng hấp thụ. Đây là vấn đề so sánh kinh tế giữa các phƣơng án giữa kinh phí
đấu tƣ ban đầu cho thiết bị và kinh phí vận hành. Thông thƣờng trị số L’/G’ hợp lý
đƣợc nhận bằng 1,3 ÷1,7 lần giới hạn cực tiểu (L’/G’)min.
Giả thiết L’ cho trƣớc, vấn đề đặt ra là cần xác định chiều cao ZT của tháp.
ZT đƣợc tính theo các công thức sau:
1
2*))(1(
)(
y
yy
Tyyy
dy
aK
GZ
1
2)*)(1(
)(
x
xx
Txxx
dx
aK
LZ
1
2*))(1(
)(
y
yG
Tyyy
dy
aPK
GZ
1
2)*)(1(
)(
x
xML
Txxx
dx
aK
LZ
Trong đó:
yG KK , - hệ số trao đổi chất tổng cục bộ của pha khí ứng với chênh lệch
áp suất và chênh lệch tỷ suất mol.
xL KK , - hệ số trao đổi chất tổng cục bộ của pha lỏng ứng với chênh lệch
áp suất và chênh lệch tỷ suất mol.
a - diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha quy về cho 1 đơn vị thể tích
(1m3) của lớp đệm bằng vật liệu rỗng.
Ppy / , với p là áp suất riêng phần, P là áp suất toàn phần.
MCx / , trong đó C là nồng độ tính theo đơn vị kg/m3 hoặc g/l. M là
khối lƣợng đơn vị của pha lỏng, kg/m3
hoặc g/l.
5. Các chất hấp thụ cần dùng để khử các loại khí độc hại khác nhau:
Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phƣơng pháp hấp thụ, nƣớc là loại chất
hấp thụ sẳn có, giá rẻ và thuận tiện nhất. Tuy nhiên nƣớc chỉ hấp thụ đƣợc một số ít
loại khí độc hại, hơn nửa mức độ hấp thụ vật lý của nƣớc cũng bị hạn chế. Trong
nhiều trƣờng hợp ngƣới ta phải áp dụng phƣơng pháp hấp thụ hóa học bằng các loại
dung dịch hóa chất khác nhau tùy theo chất độc hại cần khử:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 60 -
Bảng 3.1:Một số chất hấp phụ phổ biến trong xử lý khí độc hại
Khí độc hại cần khử Chất hấp thụ
Oxit của nitơ: N2O3, NO2, N2O5 Dung dịch nƣớc và chất huyền phù: NaOH,
Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, KHCO3,
Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2,
BaCO3, NH4HCO3
NO Dung dịch FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3,
NaHCO3, NaHSO3.
SO2 Nƣớc, dung dịch nƣớc:Na2SO3 (18%÷25%),
NH4OH (5÷15%), Ca(OH)2 (15÷20%), NaOH
(15÷25%), KOH, (NH4)2SO3 (20÷25%), ZnSO3,
K2CO3, CaCO3, MgO, ZnO, dung dịch xiliđin-
nƣớc 1:1, (CH3)2C6H3NH2 ÷nƣớc, đimetylanilin
C6H5N(CH3)2
H2S Dung dịch nƣớc Na2CO3 + Na3AsO4 (Na2HASO3);
dung dịch nƣớc AsO3 (8÷10g/l) + NH3(1.2÷1.5g/l)
+ (NH4)3AsO3 (3.5÷6g/l); dung dịch
monoetanolamin (10 ÷ 15%); dung dịch K3PO4
(40 ÷ 50%), NH4OH, K2CO3, Na2CO3, CaCN2
CO Nitơ lỏng, dung dịch [Cu(NH3)]n, COCH
CO2 Dung dịch Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH,
Ca(OH)2, NH4(OH), etanolamin RNH2, R2NH4
Cl2 Dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3,
Na2S2O3, CCL4
Hơi, sƣơng HCl Nƣớc, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3,
K2CO3.
Hợp chất flo: HF, SiF4 Nƣớc, dung dịch Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2
3.1.2 Hấp phụ khí bằng vật liệu rắn
1. Giới thiệu chung.
Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một
số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong
quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của
vật liệu rắn. vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ, còn chất
khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Quá trình hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trong
môi trƣờng khí nói chung, khử khí độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại
hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc trong khí thải.
Quá trình hấp phụ thƣờng đƣợc áp dụng rất phù hợp cho các trƣờng hợp sau:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 61 -
- Chất khí ô nhiễm không cháy đƣợc hoặc khó cháy.
- Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi.
- Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khác
không thể áp dụng đƣợc.
Quá trình hấp phụ đƣợc chia làm hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
a. Hấp phụ vật lý:
Các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ có lực liên kết giữa các
phân tử (lực Vander waals).
Hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt. lƣợng hiệt tỏa ra phụ thuộc vào cƣờng độ liên
kết phân tử và tƣơng đƣơng với entanpy (nhiệt) ngƣng tụ của hơi, khí. Lƣợng nhiệt
đó nằm trong khỏang từ 2 ÷20kJ/g.mol
Ưu điểm:
- Là quá trình thuận nghịch. Bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần
hấp phụ hay thay đổi nhiệt độ, khí đã bị hấp phụ nhanh chóng đƣợc nhả ra mà bản
chất hóa học của nó không hề bị thay đổi.
- Tính thuận nghịch của quá trình vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần
thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hòan nguyên chất hấp phụ đã bão
hòa.
- Lƣợng khí bị hấp phụ giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng và tỷ lệ thuận với
diện tích bề mặt của chất hấp phụ.
- Tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh
b. Hấp phụ hóa học:
Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và
vật liệu hấp phụ
Một số đặc điểm khác biệt giữa hấp phụ hóa học so với hấp phụ vật lý:
- Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận nghịch.
- Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản
chất hóa học của khí bị thay đổi.
- Lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lý. Do đó,
lƣợng nhiệt tỏa ra nhiều hơn.
2. Vật liệu hấp phụ
Chất hấp phụ là các loại vật liệu dạng hạt từ 6 - 10 mm xuống đến cỡ 200µm
có độ rỗng lớn đƣợc hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối
vật liệu.
Đƣờng kính của mao quản chỉ lớn hơn một số ít lần đƣờng kính phân tử của
chất cần hấp phụ thì vật liệu hấp phụ mới có tác dụng tốt. Do chứa nhiều mao quản,
nên bề mặt tiếp xúc của vật liệu tƣơng đối lớn. Ví dụ than hoạt tính có bề mặt hiệu
quả lên đến 105–10
6 m
2/kg. Ngoài bề mặt tiếp xúc ra, vật liệu hấp phụ cần có một
số tính chất hoá học cần thiết phụ thuộc vào thành phần hóa học cuả chúng. Ví dụ
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 62 -
than hoạt tính có ái lực mạnh với hydrocacbon, trong lúc silicagel có tính hút nƣớc
rất mạnh. Than hoạt tính và silicagel đều có khả năng phục hồi (hoàn nguyên).
Kích thƣớc lỗ rỗng (đƣờng kính mao quản) đóng vai trò quan trọng làm cho vật
liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ chất này hoặc chất khác tức có tính lựa chọn. ví
dụ nhƣ nếu đƣờng kính mao quản là 0,003µm thì vật liệu có thể hấp phụ các chất
nhƣ H2O, NH3. Nếu đƣờng kính tăng lên đến 0,004µm, các loại phân tử lớn hơn
nhƣ CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6 và C2H5OH đều có thể bị hấp phụ. Khi đƣờng kính
mao quản 0,005µm vật liệu còn hấp phụ đƣợc parafin và các hydrocacbon mạch
vòng.
Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các nhu cầu sau đây:
- Có khả năng hấp phụ cao
- Có phạm vi tác dụng rộng - khử đƣợc nhiều loại chất khác nhau
- Có độ bền cơ học cần thiết
- Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng
- Giá thành rẻ
Vật liệu hấp phụ có thể được chia thành 3 nhóm chính:
- Vật liệu không có cực: trên bề mặt cuả chúng xảy ra chủ yếu là hấp phụ vật
lý
- Vật liệu có cực: trên bề mặt cuả chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học
nhƣng không làm thay đổi cấu trúc phân tử chất bị hấp phụ cũng nhƣ cấu trúc bề
mặt của vật liệu hấp phụ.
- Vật liệu mà trên bề mặt cuả chúng xảy ra quá trình hấp phụ hoá học và quá
trình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử chất bị hấp phụ.
Một số vật liệu hấp phụ phổ biến.
a. Than hoạt tính
Là vật liệu hoàn toàn cấu tạo bởi 1 dạng nguyên tử trung tính có các diện tích
phân bố đều trên bề mặt. Bề mặt hiệu quả lên đến 105 – 106 m2/kg.
Than hoạt tính đƣợc chế tạo từ những nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau có
chứa thành phần carbon nhƣ: than, xenlulose, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, nứa, mùn cƣa,
vỏ trấu.
Thành phần chính của than hoạt tính là C. Ngoài ra, than hoạt tính còn có chứa
các nguyên tố khác chủ yếu là các kim loại ở dạng oxít, O2, H2 đƣợc hình thành do
quá trình than hoá và hoạt hoá tạo nên các phức chất chứa O2 đƣợc gọi là các oxít
bề mặt hay các nhóm chức bề mặt.
Than hoạt tính gồm có bốn dạng:
- Than hoạt tính dạng hạt (GAC) có kích thƣớc từ 0.2 đến 5mm. (hình a.)
- Than hoạt tính dạng bột (PAC) có kích thƣớc thƣớng nhỏ hơn 0.18mm.
(hình b.)
- Than hoạt tính vải. (hình c)
- Than hoạt tính viên: có dạng hình trụ, đƣờng kính từ 0,8 đến 5mm. (hình d.)
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 63 -
Đặc điểm và tính chất của than.
- Tốc độ hấp phụ tăng khi kích thƣớc hạt giảm.
- Diện tích bề mặt càng lớn thì dung lƣợng hấp phụ càng lớn.
Than bột:
- Diện tích bề mặt không lớn lắm.
- Độ xốp cao.
- Thƣờng sử dụng để hấp phụ trong pha lỏng.
Than hạt:
- Độ bề cơ học cao.
- Diện tích bề mặt và dung lƣợng hấp phụ lớn.
- Thƣờng dùng hấp phụ khí, khử mùi.
Than vải:
- Hấp phụ nhanh.
- Độ lọc tinh khiết cao.
- Nhẹ và dễ co giãn.
- Có màng bán thấm cho phép sợi vải dễ trao đổi chất.
- Mang các tính chất của sợi vải.
- Thời gian sử dụng lâu, có thể tái sinh và giặt.
- Có hiệu quả ở những ứng dụng ƣớt.
Than hoạt tính viên:
a. b.
c. d.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 64 -
- Thƣờng sử dụng trong hấp phụ các pha khí.
- Chịu áp lực kém.
- Độ bền cơ học cao.
- Dung lƣợng hấp phụ bụi thấp
Với những đặc điểm về đƣờng kính mao quản than hoạt tính đƣợc sử dụng để
hấp phụ các chất sau:
- Hơi axit, rƣợu, benzen, toluel etylaxetat với mức hấp phụ bằng 50% trọng
lƣợng bản thân.
- Axeton, acrolein, Cl, H2S với mức 10-25%
- CO2, etylen: mức độ thấp
- Mùi và hầu hết các khí
Than hoạt tính vải đƣợc ứng dụng làm:
- Làm quần áo chống thƣơng bảo vệ con ngƣời khỏi các tác nhân hoá học,
sinh học, hạt nhân.
- Làm mặt nạ, khẩu trang chống độc
b. Silicagel .
Silicagel là một chất hấp phụ có thành
phần hoá học chủ yếu là silic oxít có cấu trúc
rất xốp.
Silicagel hạt chứa rất nhiều quả cầu SiO2
nhỏ, các quả cầu nhỏ SiO2 tụ lại với nhau, sắp
xếp không theo một trật tự nào về mặt hình
học. Khoảng không gian giữa các quả cầu nhỏ
chính là lỗ xốp, tổng diện tích bề mặt ngoài
của các quả cầu nhỏ là diện tích bề mặt của
silicagel. Độ xốp của silicagel có thể đạt đến 50-60%, diện tích bề mặt của một số
loại đạt tới 800m2/g.
Sản phẩm silicagel lƣu hành trên thị trƣờng đƣợc chia làm hai loại:
- Mao quản lớn: thƣờng dùng để làm chất hấp phụ trong phân tích sắc kí (sắc
kí khí, bản mỏng, sắc kí rắn-lỏng, sắc kí cao áp, loại này trƣớc khi sử dụng thƣờng
đƣợc biến tính bề mặt.
- Mao quản nhỏ: có dung lƣợng hấp phụ lớn hơn mao quản lớn.
Đặc điểm:
- Silicagel đƣợc ứng dụng ở dạng hạt có kích thƣớc từ 0.2 đến 0.7mm.
- Bề mặt tiếp xúc của silicagel là 600m2/g.
- Chất hấp phụ phân cực ƣa nƣớc
Ƣu điểm:
- Không dễ cháy.
- Chi phí hoàn nguyên thấp hơn các chất hấp phụ khoáng chất khác.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 65 -
- Độ bền cơ học (chịu mài mòn, chịu nén) tƣơng đối cao.
- Giá thành thấp khi sản xuất nhiều.
Silicagel đƣợc sử dụng chủ yếu:
- Làm chất hút ẩm.
- Làm chất xúc tác.
- Làm mặt nạ phòng độc.
- Tinh chế dầu mỏ.
- Trong phân tích, làm chất hấp phụ hay chất mang sắc kí.
c. Zeolit.
Zeolite là tên gọi một nhóm khoáng chất
alumosilicat cấu trúc tinh thể, thành phần hoá học chủ
yếu là nhôm oxít và silic oxít sắp xếp theo một trật tự
nào đó và với tỉ lệ nhất định. Trật tự sắp xếp và tỉ lệ
Al:Si dẫn đến các loại zeolite khác nhau. Ngoài ra,
trong zeolite còn tồn tại các ion dƣơng (hoá trị 1, 2, 3)
không gắn vào vị trí cố định, nó linh động và có thể
trao đổi với các ion khác bên ngoài.
Theo nguồn gốc thì có hai loại: Zeolite tự nhiên
và zeolite tổng hợp
Zeolite tự nhiên ở các mỏ lớn trên thế giới thƣờng không sạch, có lẫn nhiều tạp
chất vì vậy ít có giá trị về kỷ thuật. Do đó, dựa vào các quá trình địa hoá trong thiên
nhiên con ngƣời đã có thể tổng hợp ra nhiều loại zeolite khác nhau.
Đặc điểm:
- Là chất hấp phụ xốp, độ xốp của nó chính là các kênh nối các hốc với nhau.
- Ít đƣợc sử dụng ở dạng bột, thƣờng đƣợc tạo viên với chất kết dính. Trong
quá trình tạo viên hình thành hệ mao quản thứ cấp. Diện tích bề mặt của hệ mao
quản thứ cấp chính là diện tích của các hạt tinh thể, nó nhỏ so với diện tích của hệ
mao quản sơ cấp, ít khi vƣợt quá 5 m2/g so với diện tích 700-1200 m
2/g. Kích thƣớc
của mao quản thứ cấp phụ thuộc vào cỡ hạt tinh thể, sự phân bố kích thƣớc của
chúng, hàm lƣợng chất kết dính cũng nhƣ áp suất tạo viên. Hàm lƣợng chất kết dính
cao và áp suất nén lớn cũng làm giảm độ xốp của nó. Quá trình tạo hạt ít ảnh hƣởng
tới dung lƣợng hấp phụ của zeolite.
- Lực hấp thu của zeolite chủ yếu là lực tƣơng tác tĩnh điện hay định hƣớng,
lực tán xạ đóng góp không nhiều. Vì vậy các phân tử có tƣơng tác lƣỡng cực, tứ cực
hay phân cực hấp phụ tốt hơn nhiều so với các phân tử không phân cực và loại liên
kết đơn.
- Bề mặt hút nƣớc, phân cực rãnh đều đặn.
- Có khả năng trao đổi ion.
Ứng dụng:
- Khử nƣớc, phân riêng không khí.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 66 -
- Làm chất hấp phụ trong công nghiệp lọc dầu: tách n-paraffin ra khỏi hỗn hợp
iso-paraffin hoặc các chất thơm.
- Zeolite đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỷ thuật xúc tác với chức năng làm chức
hấp phụ nhằm loại bỏ những tác nhân gây hại cho xúc tác.
- Zeolite đƣợc sử dụng làm chất trao đổi ion. Một số mặt lợi thế hơn của
zeolite so với nhựa trao đổi: Dung lƣợng trao đổi lớn, độ chọn lọc cao đối với các
ion kim loại, độ trƣơng nở trong nƣớc thấp.
- Tách hợp chất có độ phân cực khác nhau.
- Khử mùi và khử khuẩn.
- Hấp phụ ammonia và ammonium có trong khói thải
d. Nhôm hoạt tính.
Là vật liệu màu trắng ngà không tan trong nƣớc nhƣng tan trong axit đậm đặc,
khi nung ở nhiệt độ cao nó sẽ chuyển sang dạng thù hình khác và không tan trong
axit.
Khi loại bỏ nƣớc của nhôm hydroxit dạng ortho hay meta hay nung nhôm
oxihydrat sẽ hình thành -Al2O3 tinh thể.
-Al2O3 tan trong cả axit và kiềm. Tuỳ điều kiện chế tạo, hạt -Al2O3 tinh
thể rất khác nhau, mức độ sai lệch tinh thể cũng khác nhau và khả năng hút ẩm tốt.
Thành phần hoá học:
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của nhôm hoạt tính
Thành phần. % theo khối lƣợng khô.
SiO2 0.02
Fe2O3 0.02
Na2O 0.30-0.35
Al2O3 93.1-93.6
Phần mất mát do bốc cháy 6.0-6.5
Đặc điểm:
- Là chất hấp phụ háo nƣớc.
- Diện tích bề mặt lớn có thể đạt 30-300 m2/g.
2 Al(OH)3 2 AlO(OH) 2 - Al2O3 150
oC 300
oC
-2H2O -H2O
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 67 - Hơi nƣớc
Khí thải vào
Khí sau xử lý
Thiết bị hấp phụ 1
Thiết bị hấp phụ 2
Chu kỳ hoàn
nguyên
Chu kỳ hấp
phụ
Ngƣng tụ
Lắng
Nƣớc thải
Xả cặn
- Dung lƣợng hấp phụ cao.
- Chịu mài mòn tốt.
Ứng dụng: Nhôm oxít đƣợc sử dụng làm:
- Chất sấy khô khí.
- Chất mang xúc tác.
- Xử lý phân đoạn dầu mỏ.
- Khử mùi.
3. Thiết bị hấp phụ
Trong thiết bị hấp phụ, vật liệu hấp phụ đƣợc đổ thành lớp đệm có bề dày nhất
định và cho dòng khí đi qua.
Thông số quan trọng của lớp đệm bằng vật liệu hấp phụ là sức cản khí động của
nó phảI nằm trong phạm vi thích hợp để tổn thất áp suất của dòng khí đi qua thiết bị
không quá lớn, đồng thời đảm bảo thời gian thiếp xúc giữa khí và vật liệu hấp phụ.
Thông thƣờng vận tốc khí trên tòan bộ tiết diện ngang của thiết bị nằm trong
khoảng 0.1 ÷ 0.5 m/s và thời gian lƣu của dòng khí trong lớp vật liệu khỏang 1 ÷ 6s.
Yêu cầu đề ra khi thiết kế hoặc lựa chọn thiết bị hấp phụ:
- Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc thích hợp.
- Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để loại bỏ các chất không thể hấp phụ đƣợc.
- Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải để bảo
vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi bị quá tải.
- Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách đều đặn.
- Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau đạt
trạng thái bảo hoà.
Khi thiết kế hệ thống hấp phụ, ta có thể chọn phƣơng án hoạt động từng đợt hay
liên tục, có hoàn nguyên hoặc không hoàn nguyên. Trong hệ thống hấp phụ làm
việc liên tục gồm hai thiết bị, cái này làm việc ở chu kỳ hấp phụ thì cái kia làm việc
theo chu kỳ hoàn nguyên.
Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống hấp phụ gồm hai thiết bị hấp phụ nối song song;
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 68 -
4. Đường đặc tính hay còn gọi là đường cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu
hấp phụ.
Để phục vụ cho tính
toán thiết kế hệ thống hấp
phụ, một thông số quan
trọng của vật liệu hấp phụ
cần xác định bằng thực
nghiệm, đó là khả năng hấp
phụ của vật liệu đối với
chất cần hấp phụ (kg/kg)
ứng với nhiệt độ và áp suất
riêng khác nhau của chất
cần hấp phụ trong khí thải.
Các thông số này đƣợc
thiết lập thành đƣờng biểu
diễn gọi là đƣờng đặc tính
hay đƣờng cân bằng đẳng
nhiệt của vật liệu hấp phụ.
Trên hình 3.5 là các
đƣờng cân bằng đẳng nhiệt
của than hoạt tính đối với
các chất khí axeton và
benzen.
Ở nhiệt độ nhất định
khi áp suất riêng của chất
bị hấp phụ trong khí thải
tăng cao thì khả năng hấp
phụ của vật liệu tăng. Trong khi đó, nếu ở nhiệt độ thấp thì khả năng hấp phụ tăng
nhanh, ngƣợc lại, ở nhiệt độ cao thì động tăng của khả năng hấp phụ tăng nhƣng rất
chậm, thậm chí không đáng kể, so với với độ tăng của áp suất riêng phần. Do đó,
điều luôn luôn mong muốn là tiến hành hấp phụ ở nhiệt độ càng thấp càng tốt.
Ngoài ra khả năng hấp phụ tăng khi khối lƣợng phân tử của chất bị hấp phụ tăng
trong các điều kiện khác nhƣ nhau. Lấy các đƣờng cân bằng ở 100oC đối với axeton
và benzen trên hình 3.5 để so sánh thì cùng nhiệt độ và áp suất riêng, khả năng hấp
phụ của than hoạt tính đối với benzen lớn hơn đáng kể so với axeton vì phân tử gam
của benzen lớn hơn phân tử gam của axeton.
Đƣờng đặc tính của các vật liệu hấp phụ khác không phải lúc nào cũng có dạng
nhƣ hình 3.5. Có thể có 3 dạng đƣờng đặc tính khác nhau của vật liệu hấp phụ: cong
lõm phía trên (a), cong lõm phía dƣới (b), và cong có điểm uốn (c).
0.4 0 0.1 0.2 0.3
100
200
300
Gam chất bị hấp phụ/gam than
Áp s
uất
riê
ng c
ân b
ằng c
ủa
chất
bị
hấp
phụ t
rong p
ha
khí,
mm
Hg
Hình 3.6: Đƣờng cân bằng đẳng nhiệt của
than hoạt tính đối với axeton và benzen
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 69 -
Nồng độ trong pha rắn Nồng độ trong pha rắn Nồng độ trong pha rắn
Nồng đ
ộ t
rong p
ha
khí
Nồng đ
ộ t
rong p
ha
khí
Nồng đ
ộ t
rong p
ha
khí
a. b. c.
Trong tài liệu kỹ thuật có rất nhiều công thức của nhiều tác giả khác nhau về
đƣờng cong cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu hấp phụ, trong số đó có công thức của
Brunauer - Emmett - Teller đƣợc áp dụng khá phổ biến. Công thức đƣợc thiết lập
trên cơ sở cƣờng độ ngƣng tụ và bay hơi từ nhiều lớp phân tử khác nhau trên bề mặt
vật rắn và có dạng:
]/)1(1)[( oom PpbpP
bp
V
V
Trong đó:
V- thể tích chất khí bị hấp phụ ở nhiệt độ và áp suất đã cho.
Vm - thể tích chất khí bị hấp phụ khi có một lớp bề dày 1 phân tử chất
bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu hấp phụ.
Po - áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ của hệ thống.
p - áp suất hiện có của chất bị hấp phụ trong khối khí thải.
b - hệ số thực nghiệm của quá trình hấp phụ.
5. Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ:
Có thể áp dụng các phƣơng pháp sau đây để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ:
- Hoàn nguyên bằng nhiệt: vật liệu hấp phụ đƣợc sấy nóng để khả năng hấp
phụ của nó giảm xuống đến mức thấp và lúc đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát ra
ngoài. Sau khi hoàn nguyên bằng nhiệt, vật liệu hấp phụ cần đƣợc làm nguội trƣớc
khi đƣa vào sử dụng lại. Phổ biến nhất của phƣơng pháp nhiệt là dùnh không khí
nóng hoặc hơi nƣớc.
- Hoàn nguyên bằng áp suất: ở nhiệt độ không đổi nếu áp suất giảm thì khả
năng hấp phụ giảm và do đó khí đã bị hấp phụ sẽ đƣợc thoát khỏi bề mặt của vật
liệu.
- Hoàn nguyên bằng khí trơ: dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ
thổi qua lớp vật liệu hấp phụ. Trong trƣờng hợp này áp suất riêng của chất bị hấp
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 70 -
phụ trong pha khí sẽ thấp hoặc bằng không, nhƣ vậy sẽ tạo đƣợc gradian p ngƣợc
chiều với quá trình hấp phụ và do đó chất bị hấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán
ngƣợc trở lại vào pha khí.
Trong các phƣơng pháp trên thì phƣơng pháp nhiệt bằng hơi nƣớc đƣợc áp dụng
rộng rãi nhất với lý do đơn giản, ít tốn kém và hiệu quả cao.
3.1.3 Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt
Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là quá trình đốt cháy sau
đƣợc áp dụng khá phổ biến trong trƣờng hợp lƣợng khí thải lớn mà nồng độ chất ô
nhiễm không cháy đƣợc lại rất bé, đặc biệt là những chất có mùi khó chịu.
1. Quá trình thiêu đốt sử dụng thích hợp trong các trường hợp sau:
Phần lớn các chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy đƣợc hoặc thay đổi đƣợc
về mặt hoá học để biến thành chất ít có mùi hơn khi phản ứng với oxi ở nhiệt độ
thích hợp.
Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy đƣợc, ví dụ nhƣ khói từ lò rang cà
phê, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ .v.v…
Một số các hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp vào môi trƣờng sẽ phản ứng với
sƣơng mù và gây tác hại cho môi trƣờng. Quá trình thiêu đốt có tác dụng phân huỷ
rất hiệu quả các loại chất này.
Một số các loại công nghệ nhƣ công nghệ khai thác và lọc dầu thải ra rất nhiều
khí cháy đƣợc kể cả những chất hữu cơ rất độc hại. Phƣơng pháp xử lý hiệu quả và
an toàn nhất cho trƣờng hợp này là thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp, thiêu đốt ngay
bên trong ống khói hoặc buồng đốt riêng biệt.
2. Ưu và nhược điểm:
a. Ưu điểm
Phân huỷ đƣợc hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy đƣợc khi thiết bị thiêu đốt
đƣợc thiết kế và vận hành đúng qui cách.
Có khả năng thích ứng đối với sự thay đổi vừa phải của lƣu lƣợng khí thải
cũng nhƣ nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải.
Hiệu quả xử lý cao đối với những chất ô nhiễm đặc biệt mà các phƣơng pháp
xử lý khác không có hiệu quả hoặc hiệu quả thấp.
Có khả năng thu hồi, tận dụng đƣợc nhiệt thải ra trong quá trình thiêu đốt.
b. Nhược điểm:
Chi phí đầu tƣ thiết bị và vận hành tƣơng đối lớn.
Có khả năng làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí khi trong các chất
ô nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt ngoài các nguyên tố C, H, O… còn chứa cả
những hợp chất của clorin, nitơ, lƣu huỳnh.
Trong quá trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu hay có xúc tác để đảm bảo
nhiệt độ ở mức cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm cần xử lý. Việc cấp
thêm nhiêu liệu bổ sung có khả năng gây trở ngại cho quá trình vận hành thiết bị.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 71 -
Để thiết kế đƣợc thiết bị thiêu đốt cần biết đƣợc các yếu tố có liên quan đến quá
trình nhƣ: thành phần hóa học của chất ô nhiễm, nồng độ của nó trong khí thải, lƣu
lƣợng khí thải cần xử lý, nhiệt độ ban đầu của khí thải đi vào thiết bị thiêu đốt và
mức phát thải cho phép của chất ô nhiễm.
Một số phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình thiêu đốt:
Quá trình thiêu đốt rất thích hợp đối với các chất ô nhiễm cháy đƣợc, đó là
những hợp chất của cacbon, hydro, oxy, nitơ và lƣu huỳnh. Phần lớn các chất hữu
cơ dễ bay hơi (VOC - Volatile Ogranic Compounds) cũng thuộc loại chất ô nhiễm
cần xử lý bằng phƣơng pháp thiêu đốt. Những hợp chất nêu trên khi cháy sẽ tạo
thành các sản phẩm cháy không hoặc ít độc hại hơn so với bản thân chúng.
Ví dụ một số chất ô nhiễm và phản ứng cháy của chúng nhƣ sau:
222
1COOCO
OHCOOHC 22266 362
17
OHSOOSH 22222
3
Trong các phản ứng trên oxit cacbon là khí độc quen thuộc đối với sức khỏe con
ngƣời và benzen - là một loại hydrocacbon có độ phản ứng cao, chất tạo ra sƣơng
khói và cũng là chất có khả năng gây ung thƣ đã đƣợc biến thành CO2 ít độc hại.
Trong phản ứng cuối mặc dù SO2 là loại khí độc hại nằm trong danh mục các
chất khí độc hại hàng đầu cần xử lý, nhƣng so với khí gốc của phản ứng là khí H2S
thì SO2 ít độc hại hơn nhiều lần và đặc biệt là không có mùi khó chịu nhƣ H2S.
3. Biện pháp thực hiện:
Quá trình thiêu đốt chất ô nhiễm có thể đƣợc chia làm ba dạng khác nhau:
a. Thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp trong không khí.
Là biện pháp làm cho khí ô nhiễm cháy trực tiếp trong không khí mà không cần
cấp nhiên liệu bổ sung, trƣờng hợp chung chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và để điều
chỉnh khi cần thiết.
Để thiết kế hệ thống đốt bằng ngọn lửa trực tiếp cần phải hiểu biết về giới hạn
cháy và nổ của hổn hợp giữa khí thải độc hại cũng nhƣ của nhiên liệu với không
khí. Nó sẽ giúp ta xác định đƣợc trong trƣờng hợp nào một loại khí thải đã cho có
thể duy trì đƣợc sự cháy mà không cần cấp bổ sung nhiên liệu.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 72 -
Bảng 3.3: Giới hạn cháy của một số chất khí và hơi thường gặp trong hỗn hợp
với không khí, tính theo phần trăm thể tích.
TT Chất Công thức hoá học Giới hạn dƣới Giới hạn trên
1 Amoniac NH3 15.5 27.0
2 Axeton CH3COCH3 1.6 13.0
3 Axetylen C2H2 1.53 82.0
4 Benzen C6H6 1.3 9.5
5 Butan C4H10 1.55 8.5
6 Cacbon disunfua CS2 1.0 50.0
7 Cacbon oxit CO 12.5 74.0
8 Dầu hoả - 1.1 7.0
9 Etan C2H6 2.5 15.0
10 Etylen C2H4 2.75 35.0
11 Gasolin - 1.4 7.6
12 Hydro H2 4.0 75.0
13 Dihydro sunfua H2S 4.3 44.5
14 Khí đốt thiên nhiên - 1.8 13.5
15 Metan CH4 2.5 15.4
16 Propan C3H8 2.0 9.5
17 Xăng - 1.9-2.4 4.9-51
Một hỗn hợp giữa chất cháy với không khí ở một giới hạn nồng độ nhất định
nào đấy sẽ gây nổ. nếu thành phần nhiên liệu giảm thấp hơn hoặc tăng cao hơn so
với giới hạn nồng độ gây nổ mạnh nhất thì cƣờng độ cháy của hỗn hợp đều giảm.
nồng độ thấp nhất và cao nhất mà tại đó ngọn lửa vẫn có khả năng lan truyền đƣợc
gọi là giới hạn dƣới và giới hạn trên của quá trình cháy.
Theo tính toán, hỗn hợp của các hydrocacbon và không khí có nhiệt lƣợng cháy
là 3725kJ/m3. Giới hạn dƣới của sự cháy tƣơng ứng với khoảng ½ nhiệt lƣợng nói
trên. Để đảm bảo an toàn khi chuyên chở khí công nghiệp ngƣời ta qui định nồng độ
chất cháy trong khí phải thấp hơn giới hạn dƣới của sự cháy ít nhất là 25%. Trong
trƣờng hợp đó ngẫu nhiên có phát tia lửa thì sự tăng nhiệt độ của khí sẽ không đủ
cao để duy trì quá trình cháy và do đó sự cố đƣợc ngăn ngừa.
Trong một số trƣờng hợp thành phần khí ô nhiễm trong khí thải tự thân đã là
một hỗn hợp cháy mà không cần hòa trộn thêm với không khí.
Khi nồng độ chất cháy trong khí thải quá thấp không thể đốt cháy đƣợc, ta cần
bổ sung nhiên liệu để đƣa nồng độ chất cháy lên đến giới hạn dƣới của quá trình
cháy.
Thiết bị thiêu đốt đƣợc thiết kế tốt có thể đốt cháy đƣợc những hỗn hợp khí có
nhiệt lƣợng cháy nằm trong khoảng 3150 ÷ 3350 kJ/m3 mà không cần dđến nhiên
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 73 -
liệu bổ sung. Trong nhiều trƣờng hợp việc cấp nhiên liệu bổ sung có thể tránh đƣợc
bằng cách hâm nóng khí thải đến một nhiệt độ nhất định vì ta biết rằng nhiệt đô
càng cao thì giới hạn dƣới của quá trình cháy càng hạ thấp.
Căn cứ vào giới hạn cháy của các chất ngƣời ta có thể chia khí thải có chứa chất
ô nhiễm cháy đƣợc thành ba nhóm sau đây:
Nhóm 1: Thành phần nhiên liệu trong khí thải thấp hơn giới hạn dƣới của quá
trình cháy khoảng 25%.
Nhóm 2: Thành phần nhiên liệu trong khí thải nằm trong phạm vi từ giới hạn
dƣới đến giới hạn trên của quá trình cháy.
Nhóm 3: Thành phần nhiên liệu trong khí thải cao hơn giới hạn trên của quá
trình cháy.
Khí thải thuộc nhóm thứ nhất thƣờng đƣợc xử lý bằng thiêu đốt trong buồng
đốt.
Khí thải thuộc nhóm thứ hai không an toàn. Đối với khí thải nhóm này cần
đƣợc điều chỉnh thành phần nhiên liệu hoặc không khí (oxy) để đƣa về hoặc là
nhóm thứ nhất hoặc là nhóm thứ ba.
Khí thải thuộc nhóm thứ ba thƣờng đƣợc xử lý bằng thiêu đốt với ngọn lửa trực
lửa hoặc cũng có thể dùng làm nguồn nhiên liệu bổ sung cho lò đốt, lò nung.
b. Thiêu đốt có buồng đốt.
Thiêu đốt có buồng đốt
đƣợc áp dụng rộng rãi đối với
các loại khí thải có chứa chất ô
nhiễm dạng khí, hơi, sol khí
cháy đƣợc với nồng độ tƣơng
đối thấp.
Các bộ phận chính và quan
trọng của hệ thống thiêu đốt này
là buồng đốt, các vòi đốt, bộ
phận điều chỉnh quá trình cháy
và dụng cụ chỉ thị nhiệt độ.
Buồng đốt thƣờng có dạng hình
trụ và đƣợc xây dựng bằng vỏ
thép có ốp gạch chịu lửa. Nhiệt
độ trong buồng đốt khoảng 900
÷1500oC.
Buồng đốt cần đƣợc thiết kế
đảm bảo hòa trộn triệt để giữa
khí thải và nhiên liệu đốt bổ
sung. Một biện pháp để đạt đƣợc
yêu cầu nêu trên là khí thải cần
đƣợc đƣa vào chỗ thắt của
buồng đốt và tại đó có bố trí các
Hình 3.7: Buồng đốt khí hình trụ đứng có ống
cấp khí thải theo phƣơng tiếp tuyến
1. ống cấp khí, 2. các cửa vòi đốt, 3.vòng thắt bằng
vật liệu chịu lửa, 4. ống cấp nhiên liệu, 5. vỏ thép có
ốp vật liệu chịu lửa, 6. ống khói thải khí sạch,
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 74 -
vòi đốt. Vận tốc của khí trong buồng đốt dao động trong khoảng 5 ÷ 8 m/s và thời
gian lƣu của khí thải trong buồng đốt khoảng 0,2 ÷ 0,5s là đạt yêu cầu. thời gian lƣu
phụ thuộc vào lƣu lƣợng khí thải, kích thƣớc buồng đốt và đƣợc xác định sau khi
nhiệt độ khí thải đạt giá trị quy định.
Nhiệt độ và thời
gian lƣu của khí thải
trong buồng đốt là
hai thông số quyết
định cho quá trình
cháy diễn ra có
đƣợc hoàn toàn hay
không. Khi tăng
nhiệt độ thì thời
gian lƣu có thể đƣợc
rút ngắn và ngƣợc
lại, tuy nhiên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất.
Song song với nhiệt độ và thời gian lƣu, nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) trong
khí thải cũng có ảnh hƣởng nhiều đến quá trình cháy. Nồng độ chất ô nhiễm quyết
định lƣợng nhiên liệu cần bổ sung. Đầu tiên cần cấp nhiên liệu để khơi mào cho
phản ứng oxy hóa. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng oxy hóa tăng theo cho đến
khi phản ứng oxy hóa tự duy trì đƣợc, lúc đó có thể giảm dần lƣợng nhiên liệu bổ
sung đến một giới hạn nhất định để đảm bảo quá trình cháy đƣợc ổn định.
Một vấn đề khác cần lƣu ý là mức độ hòa trộn giữa khí thải và nhiên liệu bổ
sung. Thông thƣờng chỉ một phần khí thải (khoảng 50%) hòa trộn tốt nhiên liệu bổ
sung ngay tại vòi đốt. Phần còn lại của khí thải cần đƣợc hòa trộn với sản phẩm
cháy ở nhiệt độ cao sau ngọn lửa để đảm bảo ngọn lửa không bị dập tắt và quá trình
cháy đƣợc hoàn toàn. Không có sự hòa trộn tốt giữa sản phẩm cháy và phần còn lại
của khí thải thì sản phẩm cháy không hoàn toàn sẽ phát thải vào khí quyển.
Khi nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) trong khí thải quá thấp, nhiệt lƣợng cháy
của nó không đủ để duy trì sự cháy, ngƣời ta áp dụng biện pháp hâm nóng khí thải
trƣớc khi đƣa vào buồng đốt. Nhiệt lƣợng cần cho việc hâm nóng khí thải đƣợc tận
dụng từ sản phẩm cháy trong buồng đốt. Hình 3.9 là sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có
hâm nóng trƣớc khí thải
2
3
1
4
5
2
Hình 3.9: Sơ đồ buồng đốt có hâm nóng trƣớc khí thải
1. Khí thải đi vào, 2. Bề mặt trao đổi nhiệt để hâm nóng, 3. Nhiên liệu, 4. Vòi
đốt, 5. khí sạch đi ra
1
2
3
Hình 3.8: Buồng đốt khí thải có ngăn áp lực
1. ống cấp khí, 2. ống cấp nhiên liệu, 3. ngăn áp
lực, 4. vòi đốt
4
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 75 -
20
40
60
80
600
100
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000oF
Hiệ
u q
uả
oxy h
óa
chất
ô n
hiễ
m, %
Hình 3.10: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lƣu của khí thải
trong buồng đốt ứng với mức oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm
Nhiệt độ làm việc trong buồng đốt thay đổi tuỳ theo chất ô nhiễm trong khí thải.
Chất Giới hạn nhiệt độ trung bình oC K
Hydrocacbon 500 ÷760 770 ÷1033
Cacbon oxit 680 ÷800 950 ÷1070
Xử lý mùi bằng oxi hoá 500 ÷700 770 - 970
c. Thiêu đốt có xúc tác.
Thiêu đốt có xúc tác là một bƣớc phát triển tiếp theo của công nghệ xử lý khí
thải trong không gian kín - buồng đốt.
Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác thƣờng nằng trong khoảng từ 200 ÷
460oC và cũng tuỳ thuộc vào loại chất ô nhiễm cần oxi hoá. Bảng 3.2 là phạm vi
nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm phổ biến
trong công nghiệp.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 76 -
Hình 3.11 : Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có xúc tác
1. Lớpđệm bằng vật liệu xúc tác, 2. Bề mặt trao đổi nhiệt để hâm nóng khí thải, 3. Khí
thải vào, 4. Khí sạch ra, 5. Cấp nhiên liệu, 6. Cấp không khí, 7. vòi đốt, 8. Đƣờng dẫn
khí thải đã đƣợc hâm nóng vào đốt
3
4
1
5
6 7
8
2
Bảng 3.4: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác
Chất Giới hạn nhiệt độ oxy hóa có xúc tác
K oC
Các chất dung môi:
Toluol, metyl etyl keton,
xylol, ancol…
530 ÷ 730 260 ÷ 460
Các chất béo có nguồn
gốc động vật 530 ÷640 260 ÷ 370
Các chất thải trong công
nghiệp hóa chất nhƣ:
cacbon oxit, etylen, oxit
etylen, propylen…
480 ÷ 670 200 ÷ 400
Quá trình oxi hoá xảy ra trên bề mặt chất xúc tác không phát ra ngọn lửa, nhƣng
bề mặt chất xúc tác vẫn nóng đỏ. Hiệu quả oxi hoá đạt từ 95 ÷98% và do đó khí thải
thoát ra ngoài từ buồng đốt có xúc tác chủ yếu là khí CO2, hơi nƣớc và khí nitơ.
Về vật liệu xúc tác, trong công nghiệp thƣờng sử dụng một số kim loại quí nhƣ
platin nghiền nhỏ và cố định trên nền một oxit kim loại khác nhƣ oxit nhôm Al2O3,
từ đó ta có chất xúc tác Pt/Al2O3. ngoài ra các oxit sau đây cũng có đặc tính xúc tác
đối với quá trình oxi hoá: Co3O4, CoO.Cr2O3, MnO2, LaCoO2 và CuO
Ngƣời ta chế biến vật liệu xúc tác dƣới dạng dải mỏng, hạt mịn, viên tròn…để
tạo thành lớp đệm rỗng và cho khí cần oxy hóa đi qua. Trong nhiều trƣờng hợp vật
liệu xúc tác còn đƣợc chế tạo thành tấm nhƣ tấm lƣới lọc bụi hoặc thành đơn
nguyên gồm nhiều thanh hình trụ xếp theo dãy so le nhau để tạo lối dích dắc đối với
luồng khí cần xử lý. Trên hình 3.11 là các bộ phận xúc tác đƣợc chế tạo theo dạng
nêu trên.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 77 -
Hiệu quả oxi hoá của chất xúc tác phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ làm việc.
Trên hình 3.13 là biểu đồ hiệu quả oxy hóa của chất xúc tác Pt/Al2O3 phụ thuộc
vào nhiệt độ đối với một số chất ô nhiễm thƣờng gặp. Ta thấy đƣờng đặc tính “hiệu
quả oxy hóa - nhiệt độ” của các dung môi hydrocacbon nằm trong một dãi hẹp với
hiệu quả rõ rệt trong khoảng nhiệt độ từ 300 ÷ 500oC. Khí CH4 là chất phản ứng yếu
đối với loại chất xúc tác Pt/Al2O3, giới hạn nhiệt độ cho hiệu quả oxy hóa cao phải
lên đến 600 ÷ 700oC. Chất xúc tác cần đƣợc lựa chọn để nó làm việc có hiệu quả
đối với nhiều chất ô nhiễm khác nhau.
Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhƣng vấn đề bụi cần đƣợc quan
tâm. Bụi bám trên bề mặt vật liệu xúc tác sẽ làm giảm khả năng oxi hoá và rút ngắn
a. b.
Hình 3.12 : Các bộ phận xúc tác
a. Dạng tấm, b. Dạng thanh hình trụ
0 0
20
40
60
80
100
100 200 400 500 600 700oC
Hình 3.13 : Biểu đồ hiệu quả oxy hóa phụ thuộc vào nhiệt độ
của chất xúc tác Pt/Al2O3 đối với một số chất ô nhiễm phổ biến
Hiệ
u q
uả
oxy h
óa,
%
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 78 -
thời gian làm việc của vật liệu, do đó khí thải trƣớc khi đƣa vào xử lý bằng oxi hoá
có xúc tác cần đƣợc lọc bụi đến mức độ cho phép. Một số chất lẩn trong khí thải
nhƣ sắt, chì, silic, các hợp chất photpho cũng có tác hại làm giảm tuổi thọ của vật
liệu xúc tác.
Ưu điểm:
Quá trình oxi hoá chất ô nhiễm xảy ra trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ
thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ bắt lửa và khi nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải
rất thấp mà nếu áp dụng các biện pháp thiêu đốt khác không thể nào duy trì đƣợc
phản ứng oxi hoá, ngoại trừ trƣờng hợp phải tiêu tốn nhiều năng lƣợng.
Nhờ phản ứng oxi hoá trên bề mặt chất xúc tác xảy ra rất mạnh và nhanh nên
thời gian lƣu của khí thải trong buồng đốt chỉ bằng 1/20 ÷ 1/50 thời gian lƣu ở
trƣờng hợp thiêu đốt bằng buồng đốt thông thƣờng.
Vật liệu xúc tác đƣợc chế tạo từ các kim loại quí hiếm nên khá đắt tiền. Tuy
nhiên lƣợng chất xúc tác đòi hỏi không nhiều, thƣờng chỉ cần từ 0,03 ÷ 0,12m3 cho
1m3/s khí thải cần oxy hóa. Thể tích yêu cầu nêu trên là kể cả độ rỗng của lớp xúc
tác. Ngoài ra, do nhiệt độ làm việc (từ 300 ÷ 500oC so với 700 ÷ 800
oC trong buồng
đốt thông thƣờng) nên tiết kiệm đƣợc nhiên liệu bổ sung từ 40 ÷ 50% so với buồng
đốt thông thƣờng, thêm vào đó là kết cấu gọn nhẹ do thời gian lƣu đƣợc rút ngắn.
Tổng hợp lại giá thành xây dựng và vận hành thiết bị thiêu đốt có xúc tác vẫn rẻ hơn
đáng kể so với thiêu đốt thông thƣờng.
Hình 3.14:Sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác để xử lý khói thải từ lò công nghiệp.
1. lò, 2. vòi đốt hâm nóng khí thải, 3. tấm đục lỗ phân bố dòng khí, 4. lớp đệm bằng vật
liệu xúc tác, 5. bề mặt trao đổi nhiệt hâm nóng khí thải, 6. khí sạch thoát ra, 7. tận dụng
nhiệt của khói nóng đƣa về lò, 8. tận dụng nhiệt của khói nóng cho các mục đích khác.
b. a.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 79 -
3.1.4 Xử lý ô nhiễm bằng phƣơng pháp sinh học
1. Giới thiệu chung
Xử lý khí thải bằng biện pháp sinh học là việc ứng dụng các loài vi khuẩn có
khả năng tham gia phân hủy các chất ô nhiễm trong dòng khí bẩn, đặc biệt là các
hợp chất hữu cơ.
Tuy nhiên, có một số loài vi khuẩn chuyên biệt có thể phân huỷ hợp chất vô cơ
nhƣ H2S, NH3...
Kỹ thuật xử lý khí thải bằng biện pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các
loại khí thải do hoạt động thƣơng mại và công nghiệp có nồng độ chất ô nhiễm thấp.
Hệ thống lọc sinh học trƣớc đây thƣờng đƣợc thiết kế để xử lý mùi của các hệ
thống xử lý nƣớc thải, các nhà máy tái chế, quá trình ủ phân compost.
Sau đó, nó đƣợc ứng dụng phổ biến trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay
hơi và các hợp chất hữu cơ khác.
Quá trình sinh học là quá trình "xanh", điều mà các quá trình truyền thống khác
không thể đạt đƣợc. Nhƣ:
Phƣơng pháp đốt với bất kỳ lƣợng nhiên liệu nào cũng sản sinh ra NOx, bụi,
SOx, và CO.
Trong khi đó, các thiết bị phản ứng sinh học không hề thải ra chất bẩn hay
chất độc hại.
Quá trình sinh học có chi phí thấp hơn so với các biện pháp kỹ thuật xử lý
truyền thống khác:
Phƣơng pháp oxy hóa nhiệt và oxy hoá xúc tác phải tốn một lƣợng lớn nhiên
liệu
Phƣơng pháp sinh học chỉ cần một lƣợng nhỏ năng lƣợng điện cho hoạt động
của một số động cơ.
Ngoài ra thì thiết bị sinh học không cần con ngƣời trong toàn thời gian vận
hành mà chỉ cần cung một lƣợng nhỏ các chất dinh dƣỡng.
Bảng 3.5: So sánh giữa các phương pháp xử lý khí thông thường
Chi phí
vận
hành
Chi phí
đầu tƣ
Chi phí
bảo dƣỡng
Rủi ra
ô
nhiễm
Xử lý tất cả
khí có mùi
Hiệu quả
xử lý
Hấp thụ bằng nƣớc Cao Thấp Thấp Có Không Thấp
Thiêu đốt Cao Cao Cao Có Có Cao
Hấp phụ bằng than
hoạt tính
Cao Cao Cao Không Có Cao
Hấp thụ hoá học Thấp Cao Cao Có Có Cao
Lọc sinh học Thấp Thấp Thấp Không Có Cao
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 80 -
Các công trình sinh học dùng để xử lý khí thải là: Lọc sinh học, lọc sinh học
nhỏ giọt và tháp sinh học…
Nguyên tắc chính của hệ thống xử lý là tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với
chất ô nhiễm trong khí thải:
Dòng khí thải đi qua các khe rỗng của lớp vật liệu tiếp xúc.
Các vi sinh vật bám trên lớp vật liệu sẽ phân hủy các chất ô nhiễm trong
không khí nhƣ là nguồn cơ chất cho sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật.
2. Cơ chế của quá trình sinh học xử lý khí thải
Khi cho dòng khí qua bể lọc sinh học, các chất ô nhiễm chuyển hóa từ pha khí
sang pha lỏng bởi nhiều phƣơng thức khác nhau (phụ thuộc vào nồng độ các chất ô
nhiễm, sự chuyển hóa bề mặt và hệ số chuyển hóa sinh khối).
Sau đó, trong pha lỏng, các chất ô nhiễm sẽ bị chuyển hóa với sự tham gia của
vi sinh vật trong bể lọc sinh học (sự chuyển hóa xảy ra dƣới dạng phản ứng oxy hóa
khử):
Quá trình chuyển hóa sinh học biến đổi các chất ô nhiễm thành sinh khối, sản
phẩm của quá trình trao đổi chất hoặc CO2 và H2O.
Dòng khí ô nhiễm chứa ammonia hoặc amines thì sẽ bị chuyển hóa thành
nitrat.
Dòng khí ô nhiễm chứa H2S thì sẽ bị chuyển hóa thành ion SO42-
.
Sinh khối hình thành trong bể lọc sinh học đƣợc tuần hoàn để cung cấp dinh
dƣỡng cho dòng khí.
a. Sự chuyển hóa khí
Sự cân bằng pha lỏng và pha khí
Sự chuyển hóa nồng độ các chất ô nhiễm trong pha khí vào pha lỏng tuân
theo các định luật Henry:
CG = H.CL
Tốc độ chuyển hóa
)()( *
LG
tLLtL C
H
CKCCK
dt
dC
G
LLLt
G
V
VCCK
dt
dC)( *
Trong đó:
CG: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí, mg/m3
CL: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng, mg/L
CL*: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng ở trạng thái cân bằng, mg/L
H: Hằng số Henry, atm.L/mol hay g/L khí/ L lỏng
Kt: Hằng số tốc độ chuyển hóa, ngày-1
VL: Thể tích pha lỏng
VG: Thể tích pha khí
b. Hấp thụ các chất ô nhiễm
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 81 -
Theo Frenundlich: n
Lfads CkC /1
Theo Langmuir: LL
L
adsCk
CCC
.max
Trong đó:
Cads: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí, mg/m3
CL: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng, mg/L
Cmax: Nồng độ chất ô nhiễm cực đại đƣợc thụ
kf: Hằng số hấp thụ Frenundlich
kL: Hằng số hấp thụ Langmuir
Sự chuyển hóa sinh học phụ thuộc vào thành phần dòng khí, đặc tính vật lý và
hóa học của vật liệu làm giá thể.
Giá thể lám bằng vật liệu hữu cơ thích hợp cho sự sinh trƣởng của nhiều loại
sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm, tảo, protozoa..
Trong khi đó giá thể làm bằng vật liệu sợi tổng hợp trơ lại chứa ít lòai vi sinh
vật hơn.
3. Ứng dụng quá trình sinh học xử lý khí thải
a. Lọc không khí bằng phương pháp lọc sinh học:
Giới thiệu tổng quát
Lọc sinh học là một biện pháp xử lý ô nhiễm tƣơng đối
mới. Đây là một phƣơng pháp hấp dẫn để xử lý các chất khí
có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp.
Hình dạng phổ biến của một hệ thống lọc sinh học
giống nhƣ một cái hộp lớn, một vài hệ thống có thể lớn
bằng sân bóng rổ, một vài hệ thống có thể nhỏ độ một yard
khối (0,76 m3). Nguyên tắt chính của hệ thống xử lý là tạo
điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống lọc
khí thải này là nơi chứa các nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho các vi sinh vật.
Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học (biofilm), đây là
một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc. Trong quá trình lọc, khí thải
đƣợc bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc, các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các
nguyên liệu lọc hấp thụ. Các chất khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học,
tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng để tạo nên năng lƣợng và các sản phẩm
phụ là CO2 và H2O theo phƣơng trình sau:
Chất hữu cơ gây ô nhiễm + O2 → CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối
Lịch sử phát triển
Trong khi việc sử dụng các hệ thống lọc sinh học chƣa đƣợc phổ biến ở Mỹ thì
hàng trăm hệ thống lọc sinh học đã đƣợc ứng dụng thành công và có hiệu quả ở
Châu Âu (Hà Lan, Tân Tây Lan, Đức) và Nhật Bản. Hệ thống lọc sinh học trƣớc
đây thƣờng đƣợc thiết kế để xử lý mùi của các hệ thống xử lý nƣớc thải, các nhà
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 82 -
máy tái chế, quá trình ủ phân compost. Sau đó, nó đƣợc ứng dụng phổ biến trong
việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các hợp chất hữu cơ khác.
Sau đây là một số mốc lịch sử của việc phát triển hệ thống lọc sinh học:
· 1923 Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc đề nghị sử dụng để xử lý các chất khí
có mùi hôi.
· 1955 Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc áp dụng để xử lý các chất khí có mùi
hôi ở nồng độ thấp ở Đức.
· 1960 Hệ thống lọc sinh học đƣợc sử dụng để xử lý các chất khí ô nhiễm ở
Đức và Mỹ.
· 1970 Hệ thống lọc sinh học đạt đƣợc những thành quả cao ở Đức.
· 1980 Hệ thống lọc sinh học đƣợc sử dụng để xử lý các chất khí độc và các
hợp chất hữu cơ bay hơi của các ngành công nghiệp.
· 1990 Hiện nay, hơn 500 hệ thống lọc sinh học đang hoạt động tại Đức, Hà
Lan và phổ biến rộng ở Mỹ.
Việc xử lý mùi hôi đã đƣợc tiến hành từ những năm 1950 và lúc đó ngƣời ta
thƣờng sử dụng hệ thống lọc qua đất, hay bể lọc sinh học nhỏ giọt. Các chất khí có
mùi hôi thƣờng là hydrogen sulphite hay mercaptant và các hợp chất sulfur khác.
Việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi mới đƣợc áp dụng gần đây và trở nên phổ biến
trong thập kỷ vừa qua và hiện nay còn đang đƣợc tiến hành nghiên cứu sâu thêm. Ví
dụ, hiện nay một số nghiên cứu đã chứng minh đƣợc là các hệ thống lọc sinh học có
thể dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ có nhân thơm và các hợp chất béo, cồn,
aldehydes, acid hữu cơ, acrylate, acid carbolic, amines và ammoniac.
Mô tả quá trình xử lý
Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trƣờng cho vi sinh vật phát triển và phân
hủy các chất khí có mùi hôi và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống
lọc bao gồm một buồng kín chứa các vi sinh vật và hấp thụ
hơi nƣớc, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc. Nguyên liệu
lọc đƣợc thiết kế sao cho có khả năng hấp thụ nƣớc lớn, độ
bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua
nó.
Các hệ thống nhỏ hơn, phổ biến hơn với nhiều lớp
nguyên liệu lọc đƣợc trình bày trong hình sau:
Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học"
(Biocube) đƣợc thiết kế bởi EG&G Corporation có kích
thƣớc cao khoảng 7 ft và đƣờng kính khoảng 6 ft. Việc sử
dụng nhiều lớp nguyên liệu lọc kiểu này hạn chế đƣợc việc
các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí
xuyên thành những đƣờng thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự
thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc.
Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô nhiễm đƣợc làm ẩm và sau đó
đƣợc bơm vào một buồng phía bên dƣới nguyên liệu lọc. Khi chất khí đi ngang qua
lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân hủy. Khí thải sau khi đã
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 83 -
lọc sạch đƣợc phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc. Hầu hết
những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay
hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phƣơng pháp này là chỉ xử lý đƣợc những
khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) và lƣu lƣợng khí xử lý chỉ nằm
trong giới hạn 300-500 ft3/ft
2-giờ.
Nguyên liệu lọc
Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc
chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh
học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Cơ chế của quá trình lọc sinh học bao
gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật. Các vi sinh vật
trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dƣỡng các chất ô nhiễm, biến chúng
thành các sản phẩm cuối cùng là nƣớc, CO2 và các loại muối.
Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất, cây
thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc nhằm cung
cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm. Ngoài ra nó còn
làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dƣỡng cho các vi sinh vật. Một vài loại nguyên
liệu lọc không đáp ứng đƣợc về nhu cầu dƣỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta
phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho.
Các nguyên liệu lọc thƣờng có tuổi thọ từ 5 - 7 năm trƣớc khi phải thay mới.
Các điểm cần quan tâm khi quyết định chọn nguyên liệu lọc:
Khả năng giữ ẩm để tạo lớp màng sinh học
· Có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho quá trình hấp thụ và phát triển của
vi sinh vật
· Có chứa các dƣỡng chất để cung cấp cho các vi sinh vật
· Tạo lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lƣợng cần sử dụng
cho máy bơm)
· Các tính chất lý học khác nhƣ độ ổn định lý học và dễ dàng thao tác.
Một số thông số thiết kế
Diện tích
Diện tích là một thông số đƣợc quan tâm hàng đầu trong việc thiết kế hệ thống
lọc sinh học. Để xử lý lƣu lƣợng khí khoảng 30 ft3/phút, một hệ thống lọc sinh học
có thể cần diện tích 25 ft2. Đối với những lƣu lƣợng khí lớn hơn, chúng ta cần
những diện tích lớn hơn và có thể bằng diện tích một sân bóng rổ nhƣ đã nói ở trên.
Thành phần hóa học và hàm lƣợng của chất ô nhiễm trong khí thải
Phân tích thành phần hóa học và hàm lƣợng của nó trong khí thải cần thiết để
xác định xem biện pháp lọc sinh học có thích hợp hay không. Các hệ thống lọc sinh
học hoạt động tốt khi các hợp chất ô nhiễm (không hoà tan trong nƣớc) có nồng độ
thấp (<1000 ppm). Một số hợp chất phân hủy sinh học rất chậm (nhƣ các hợp chất
chlor) do đó đòi hỏi hệ thống xử lý có kích thƣớc lớn.
Thời gian lưu trú
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 84 -
Thời gian lƣu trú là khoảng thời gian vi sinh vật tiếp xúc với luồng khí thải và
đƣợc tính bằng công thức sau:
RT = Tổng thể tích các lỗ rỗng của lớp nguyên liệu lọc/lƣu lƣợng khí thải
Thời gian lƣu trú càng dài sẽ cho hiệu suất xử lý càng cao. Tuy nhiên, trong quá
trình thiết kế chúng ta cần phải giảm thiểu thời gian lƣu trú để hệ thống có thể xử lý
một lƣu lƣợng lớn hơn. Thông thƣờng, thời gian lƣu trú của các hệ thống lọc sinh
học biến động trong khoảng 30 giây đến 1 phút.
Ẩm độ
Ẩm độ của luồng khí thải cần phải xử lý rất quan trọng vì nó giữ ẩm độ cần
thiết cho các màng sinh học. Do đó, luồng khí thải thƣờng đƣợc bơm qua một hệ
thống làm ẩm trƣớc khi bơm vào hệ thống lọc sinh học để đảm bảo ẩm độ của luồng
khí thải đi vào hệ thống lọc sinh học phải lớn hơn 95%.
Kiểm soát pH
Các sản phẩm phụ của quá trình phân hủy sinh học là các acid hữu cơ. Để duy
trì pH của hệ thống nằm trong khoảng thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động,
chúng ta cần cho thêm các dung dịch đệm pH.
Nguyên liệu lọc
Nguyên liệu lọc có thể bao gồm than bùn, cây thạch nam, phân ủ compost, than
hạt hoặc các nguyên liệu thích hợp khác. Nói chung, các nguyên liệu này phải có
khả năng cung cấp chất dinh dƣỡng cho vi sinh vật và không gây giảm áp luồng khí
nhiều. Thêm vào đó, ẩm độ của các nguyên liệu lọc phải đƣợc duy trì ở mức 30 -
60% để cho quần thể các vi sinh vật phát triển. Do đó, bên cạnh thiết bị làm ẩm khí
thải, ngƣời ta thƣờng lắp đặt hệ thống phun nƣớc cho các lớp nguyên liệu lọc.
Giảm áp
Việc giảm áp của luồng khí khi đi ngang lớp nguyên liệu lọc nên đƣợc hạn chế
tối đa. Nếu lớp nguyên liệu lọc gây trở lực lớn cho nguồn khí, ta cần tiêu tốn thêm
năng lƣợng cho máy thổi khí, gây tăng giá thành xử lý. Khả năng gây trở lực cho
nguồn khí phụ thuộc vào ẩm độ và độ rổng của lớp nguyên liệu lọc. Độ ẩm tăng, độ
rổng lớp nguyên liệu giảm là nguyên nhân gây tăng trở lực cho nguồn khí. Đối với
các hệ thống điển hình mức độ giảm áp nằm trong khoảng 1 -10 hPa.
Bảo trì
Khi bắt đầu đƣa vào hoạt động, hệ thống cần đƣợc chăm nom một lần/tuần. Sau
khi hệ thống đã hoạt động ổn định và đã giải quyết tất cả các vấn đề có thể xảy ra.
Tần số thăm nom có thể giảm xuống 1 lần/nửa tháng hoặc hàng tháng.
Ƣu và khuyết điểm của hệ thống lọc sinh học
Ưu điểm
· Ƣu điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa chất.
· Thiết kế linh động, do đó có thể thích nghi với mọi loại hình công nghiệp và
diện tích của xí nghiệp.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 85 -
· Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ
bay hơi và các chất độc. Hiệu suất xử lý thƣờng lớn hơn 90% đối với các khí thải có
nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.
· Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau có thể
áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý.
Khuyết điểm
· Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý đƣợc các chất ô nhiễm có khả năng
hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ nhƣ các hợp chất hữu cơ bay
hơi có chứa chlor.
· Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích
lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.
· Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ
gây ảnh hƣởng đến hệ vi sinh vật cũng nhƣ hiệu suất xử lý của chúng.
· Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trƣờng và tạo thành các
màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là đối với
việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi.
Khả năng ứng dụng
Đã có hơn 50 hệ thống lọc sinh học sử dụng phân compost làm nguyên liệu lọc
đã đƣợc lắp đặt theo kiểu thƣơng mại ở Châu Âu và Mỹ trong vòng 15 năm qua.
Việc sử dụng hệ thống lọc sinh học xử lý các chất hữu cơ bay hơi đã đƣợc áp
dụng trong các ngành công nghiệp sau:
· Công nghệ hóa chất và hóa dầu
· Công nghệ dầu khí
· Công nghệ nhựa tổng hợp
· Công nghệ sản xuất sơn và mực in
· Công nghệ dƣợc phẩm
· Xử lý chất và nƣớc thải
· Xử lý đất và nƣớc ngầm
Việc sử dụng hệ thống lọc sinh học để xử lý mùi, cho tới nay đã áp dụng trong
các ngành công nghiệp sau:
· Xử lý nƣớc cống rãnh
· Xử lý chất và nƣớc thải lò mổ
· Các công nghệ tái chế
· Các nhà máy sản xuất gelatin và keo dán
· Công nghệ chế biến thịt và nông sản
· Công nghệ sản xuất thuốc lá, ca cao, đƣờng
· Công nghệ sản xuất gia vị, mùi nhân tạo.
Lọc sinh học tải trọng cao để xử lý VOCs
Lọc sinh học tải trọng cao để xử lý H2S
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 86 -
3.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SUNFUĐIOXIT SO2
3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nƣớc
Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nƣớc bao gồm 2 giai đoạn:
- Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nƣớc vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi
qua lớp vật liệu đệm rỗng có tƣới nƣớc.
- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 và nƣớc sạch
Mức độ hoà tan của khí SO2 trong nƣớc giảm khi nhiệt độ nƣớc tăng cao, do đó
nhiệt độ nƣớc cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. còn để giải thoát khí
SO2 khỏi nƣớc thì nhiệt độ của nƣớc phải cao. ở nhiệt độ 100oC thì SO2 bốc ra một
cách hoàn toàn và trong khí bốc ra có lẫn hơi nƣớc. Bằng phƣơng pháp ngƣng tụ
ngƣời ta có thể thu đƣợc khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% để dùng vào mục đích sản
xuất axit sufuric.
Bảng 3.5:Lượng nước lý thuyết tính bằng m3cần có để hấp thụ 1 tấn SO2 đến
trạng thái bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ SO2 khác nhau trong khí thải.
Nồng độ SO2 trong khí
thải, %khối lƣợng
Lƣợng nƣớc, m3, ở nhiệt độ
10oC 15
oC 20
oC
12 48 55 66
10 57 67 78
8 70 84.5 96.2
6 92 106 123
4 140 165 200
Ưu điểm:
- Đơn giản.
- Thu hồi đƣợc khí SO2
Nhược điểm: Khá tốn kém cho giai đoạn giải thoát SO2 và sử dụng lại nƣớc. Để
hấp thụ cần phải đun nóng một lƣợng nƣớc rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt
công suất lớn. Ngoài ra, để sử dụng lại nƣớc cho quá trình hấp thụ phải làm nguội
nƣớc xuống đến 10oC ÷cần phải có nguồn cấp lạnh. Đây là vấn đề không đơn giản
và khá tốn kém.
Phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng khi:
- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tƣơng đối cao.
- Có sẳn nguồn cấp nhiệt hơi nƣớc với giá rẻ.
- Có sẳn nguồn lạnh.
- Có thể xả đƣợc nƣớc có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 87 -
Xử lý SO2 bằng nước kết hợp với quá trình oxi hoá SO2 bằng chất xúc tác:
H2O
Khí vào
Khí sạch
Xả
Chất tải lạnh
Hơi nƣớc
≈ 100oC
Nƣớc làm nguội
1
2
3
4
5
Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nƣớc
1- Tháp hấp thụ; 2 - tháp giải hấp; 3 - Thiết bị ngƣng tụ; 4,5 - Thiết bị trao đổi nhiệt
Khí vào
Khí thoát ra
còn chứa > 3%
lƣợng SO2 ban
đầu
Tro, bụi
Nƣớc Nƣớc
Khí thoát ra còn
chứa ≈ 0,3%
lƣợng SO2 ban
đầu
H2SO4 loãng đƣợc làm đậm đặc Hệ thống 1 đơn nguyên
Hệ thống 2 đơn nguyên
Hình 3.16:Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nƣớc kết hợp với oxy hóa bằng xúc tác.
1. xiclon, 2. tháp oxy hóa nhiều tầng, 3. thiết bị làm nguội, 4. tháp rửa khí rửa khí
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 88 -
Trong khí thải giàu SO2 , nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷12%, ngƣời
ta có thể xử lý SO2 bằng nƣớc kết hợp với quá trình oxi hoá SO2 bằng chất xúc tác.
Quá trình này gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn thứ nhất: Khí SO2 kết hợp với oxi nhờ sự có mặt của chất xúc tác
vanađi (V) để biến thành anhhiđrit sunfuric SO3. Phản ứng oxi hoá khí SO2 có toả
nhiệt và phản ứng này xảy ra càng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thiết quá
trình này phải qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều đƣợc làm nguội.
- Giai đoạn thứ hai: dùng nƣớc tƣới trong tháp đệm có lớp vật liệu rỗng để
SO3 kết hợp với nƣớc tạo thành H2SO4.
3.2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi CaCO3 hoặc vôi nung CaO
Ưu điểm:
- Quy trình công nghệ đơn giản;
- Chi phí hoạt động thấp;
- Chất hấp thụ dễ tìm và rẻ;
- Có khả năng xử lý khí mà không cần làm nguội và xử lý bụi sơ bộ.
- Hiệu quả xử lý cao.
Quá trình hấp thụ bằng huyền phù CaCO3 (thành phần rắn : lỏng = 1 : 10, kích
thƣớc hạt CaCO3 0,1mm) diễn ra theo các giai đoạn sau:
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
CaO + SO2 = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4
Sơ đồ hệ thống:
Khí vào
Khí sạch
H2O
Đá vôi
1 2
3
4
5
Hình 3.17: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng sữa vôi
1- Tháp hấp thụ; 2 - bộ phận tách tinh thể; 3 - lọc chân không; 4- thùng hoà
trộn ,5 – máy nghiền; 6 - máy đập
6
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 89 -
Khói thải sau khi lọc sạch tro bụi đi vào tháp rửa khí 1, trong đó xảy ra quá
trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tƣới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng.
nƣớc chảy ra từ tháp rửa khí đƣợc bổ sung thƣờng xuyên bằng sữa vôi mới. Trong
nƣớc chảy ra từ tháp rửa khí có chứa nhiều sunfit và canxi funfat dƣới dạng tinh thể:
CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó
cần tách tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2. Thiết bị số
2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lƣu lại một thời gian đủ để hình thành các
tinh thể sunfit và sunfat canxi.Sau bộ phận tách tinh thể số 2, dung dịch một phần đi
vào tƣới cho tháp rửa khí, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh
thể bị giữ lại dƣới dạng cặn bùn và đƣợc thải ra ngoài. Đá vôi đƣợc đập vụn và
nghiền thành bột ở các thiết bị 6, 5 rồi cho vào thùng 4 để pha trộn với dung dịch
loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với một lƣợng nƣớc bổ sung để đƣợc
dung dịch sữa vôi mới.
Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% và nó phụ thuộc vào vận tốc khí và
pH của dung dịch sữa vôi tƣới lên trên lớp đệm
Bảng 3.6: Quan hệ giữa hiệu quả hấp thụ η với tốc độ khí trên tiết diện ngang
của tháp rửa khí
Vận tốc khí v, m/s 0,332 0,583 0,745 0,924 1,22
Hiệu quả khử SO2 của tháp rửa khí
η, %
99,73 98,73 98,05 98,43 98,91
Bảng 3.7:Quan hệ giữa hiệu quả hấp thụ η với pH của sữa vôi.
pH của dung dịch 7.2 6.8 6.4 6.0 5.7 5.5
Hiệu quả khử SO2 η, % 95 95 95 90 82 70
Nguyên liệu vôi đƣợc sử dụng một cách hoàn toàn, cặn bùn từ hệ thống xử lý
thải ra có thể đƣợc sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit
thành sunfat trong lò nung.
Phƣơng pháp khử SO2 bằng dung dịch sữa vôi có thể dùng nguyên liệu là đá vôi
hoặc vôi nung. Dùng đá vôi thì rẻ tiền hơn nhƣng hiệu quả khử SO2 thì kém hơn so
với dùng vôi nung.
Lƣợng CaCO3 cần để xử lý SO2 trong khói thải do đốt cháy 1 tấn nhiên liệu
đƣợc xác định theo công thức sau:
S
CaCOP
CaCOKM
MSG 3
3
10 , kg/tấn nhiên liệu
Trong đó:
PS - thành phần lƣu hùynh trong nhiên liệu tính theo phần trăm khối
lƣợng (số phần trăm)
3, CaCOS MM - phân tử gam của lƣu huỳnh và của canxi cacbonat.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 90 -
- hệ số khử SO2 trong khói thải - mức độ cần thiết phải khử SO2 trong
khói thải để đạt đến giới hạn phát thải cho phép (số thập phân)
K - tỷ lệ CaCO3 nguyên chất trong đá vôi ( 9.08.0 K )
Nếu dùng vôi nung thì trong công thức trên phân tử gam của CaCO3 thay bằng
phân tử gam của CaO.
Lƣợng cặn khô thu đƣợc trong quá trình xử lý SO2 đƣợc xác định theo công
thức sau:
32423)1()17,083,0(
102.5.0 CaCOOHCaSOOHCaSO
S
p
can GKMMM
SG
Trong đó:
canG - lƣợng cặn thu đƣợc trong quá trình xử lý, kg/tấn nhiên liệu.
Mx- khối lƣợng phân tử gam của chất có ký hiệu chân tƣơng ứng.
3.2.3 Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ
Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ đƣợc áp
dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ SO2 đƣợc sử dụng phổ
biến là các amin thơm nhƣ anilin C6H5NH2, toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin
(CH3)2C6H3NH2 và đimetyl –anilin C6H5N(CH3)2.
Xyliđin trong nƣớc có nhiều ƣu điểm khi sử dụng để khử SO2 trong khói thải
với nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO2 trong khói thải tƣơng đối cao trên 2% thì
đimetyl –anilin có ƣu thế hơn.
1. Quá trình sunfiđin.
Quá trình này đƣợc các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức
nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luuyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải
của lò thổi luyện đồng. nồng độ khí SO2 trong khói thải dao động trong phạm vi
0.5÷ 8%, trung bình là 3.6%. Chất hấp thụ sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nƣớc, tỷ lệ
1:1.
Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theo quá trình sunfiđin.
Hình 3.18: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình sunfiđin
1- Tháp trao đổi nhiệt; 2,3 - Tháp hấp thụ; 4,7- Tháp rửa khí; 5 - Tháp bốc hơi; 6- Bể lắng
Khí
vào
Khí sạch
H2S
O4
Na 2
CO
3
Hơi
nƣớc
SO2
Nƣớc
thải
1 1 1
1 2 3 4
5
6
7
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 91 -
Khí thải sơ bộ đƣợc làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bụi bằng điện,
sau đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau, hỗn hợp xyliđin và nƣớc
đƣợc tƣới vào ngƣợc chiều với dòng khí.
Trong quá trình hấp thụ có tỏa ra một lƣợng nhiệt đáng kể, do đó cần phải làm
nguội dung dịch bằng thiết bị trao đổi nhiệt 1.
Khí sạch thoát ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xyliđin cần cho qua tháp rửa khí
4 để thu hồi bằng axit sunfuric loãng.
Dung dịch hấp thụ đã bão hòa từ tháp hấp thụ đầu tiên (số 2) đi ra khỏi với
nồng độ SO2 130 ÷ 180g/l đƣợc đƣa vào tháp bốc hơi 5. Nhiệt độ ở phần dƣới của
tháp bốc hơi đƣợc giữ ở mức 45 ÷ 100oC bằng chất mang nhiệt là hơi nƣớc đi bên
trong ống xoắn. Các loại khí, hơi (gồm SO2, xyliđin và hơi nƣớc) bốc lên trong tháp
bốc hơi đƣợc ngƣng tụ ở thiết bị trao đổi nhiệt 1 rồi đi tiếp vào tháp rửa khí 7 tƣới
bằng nƣớcđể giảm nồng độ xylinđin trong khí SO2. Từ đây khí SO2 đƣợc sử dụng
cho các công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lƣu huỳnh đơn chất. Dung dịch loãng
xyliđin - SO2 cùng với nƣớc ngƣng tụ từ thiết bị ngƣng tụ 1lại quay lên tƣới vào
tháp bốc hơi 5. Dung dịch hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên ở dƣới của tháp bốc hơi
chảy vào bể lắng 6, ở đó nƣớc thừa đƣợc thải đi và hỗn hợp xyliđin ÷nƣớc theo tỷ lệ
thích hợp đƣợc bơm qua thiết bị làm nguội rồi tƣới cho tháp hấp thụ số 3.
Trong quá trình hấp thụ, một phần sunfit xyliđin bị oxi hóa. Để hạn chế sự tích
tụ của sunfat xyliđin trong dung dịch hấp thụ ngƣời ta cho natri cacbonat vào dung
dịch tƣới ở tháp hấp thụ 3. Natri cacbonat tác dụng với sunfat xyliđin tạo thành natri
sunfat và CO2. Khí CO2 sẽ thoát ra ngoài cùng với khí thải sau xử lý. Còn natri
sunfat tƣơng ứng với lƣợng natri cacbonat đã sử dụng sẽ đƣợc thải ra ngoài ở bể
lắng 6 dƣới dạng dung dịch trong nƣớc nƣớc.
Hiệu quả khử SO2 trong hệ thống đạt 96÷99%.
2. Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin ÷quá trình ASARCO
Khí thải đƣợc lọc sạch bụi và các giọt sƣơng axit sunfuric bằng bộ lọc điện và
tháp rửa khí đƣợc đƣa vào tháp hấp thụ 1 trong đó xảy ra 3 quá trình sau:
Hấp thụ khí SO2 bằng dimetylanilin khan.
Khử SO2 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và
bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo.
Hấp thụ hơi dimetyl - anilin bằng axit sunfuric loãng và thu đƣợc sunfat dimetyl
- anilin.
Phần dƣới của tháp hấp thụ đƣợc chia thành tám tầng tƣới dung dịch. Lƣợng
nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ SO2 bằng dimetyl - anilin đƣợc khử bằng các
thiết bị làm nguội 6: dung dịch sau khi tƣới ở tầng trên chảy ra đƣợc làm nguội rồi
đƣa xuống tƣới cho tầng dƣới; tầng dƣới cùng đƣợc tƣới bằng dung dịch tuần hoàn.
Dần dần chất hấp thụ bị bão hòa bởi khí SO2 và màu của nó thay đổi từ màu vàng
nhạt sang màu đỏ thẫm.
Phần giữa của tháp hấp thụ gồm hai tầng đƣợc tƣới dung dịch natri cacbonat.
Phần trên cùng của tháp đƣợc chia thành 14 tầng và dùng axit sunfuric loãng để
tƣới.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 92 -
Chất hấp thụ bão hòa từ tháp hấp thụ đi ra đƣợc đun nóng trong bề mặt trao đổi
nhiệt 12 nhờ lƣợng nhiệt của bản thân chất hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên từ tháp
giải hấp thụ 8 đi ra để tƣới vào phần giữa ( phần bốc hơi của tháp 8). Khí SO2, hơi
dimetyl anilin và hơi nƣớc bốc lên trong tháp 8 đƣợc đƣa vào thùng ngƣng tụ 9, ở
đó hơi nƣớc và hơi dimetyl- anilin sẽ ngƣng tụ lại, còn khí SO2 đi tiếp sang tháp rửa
cuối cùng số 10 để dùng nƣớc khử sạch hơi dimetyl anilin tạo thành sunfit
dimetylanilin nhờ sự có mặt của SO2.
Dung dịch đƣợc hình thành cùng với nƣớc ngƣng từ thùng ngƣng tụ 9 đƣợc để
tƣới vào phần trên cùng của tháp 8. Chất hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên cùng với
nƣớc ngƣng tụ đi ra từ phía dƣới của phần bốc hơi đƣợc làm nguội sơ bộ trong bề
mặt trao đổi nhiệt 12 và tiếp tục đƣợc làm nguội sâu hơn trong thiết bị 6 rồi đi vào
bể phân ly 4, tại đó dimetyl - anilin đƣợc tác ra khỏi nƣớc và chảy vào bể chứa 2 để
tƣới cho tháp hấp thu 1. Một phần nƣớc đã đƣợc tách ra từ thùng phân ly 4 đi vào bể
chứa 5 và đƣợc dùng để tƣới vào phần dƣới cùng đƣợc gọi là phần hòan nguyên của
tháp giải hấp thụ 8 phục vụ cho việc hoàn nguyên dimetyl - anilin. Phần nƣớc còn
lại cùng với dung dịch hấp thụ chảy ra từ phần trên và phần giữa của tháp hấp thụ 1
đi vào bể chứa 3. Dung dịch trong bể 3 có chứa một lƣợng nhỏ chất dimetyl - anilin
dƣới dạng lơ lửng đƣợc đƣa vào bể phân ly dung dịch loãng số 7, sau đó phần nƣớc
chảy vào bể chứa 5 còn chất lơ lửng đã đƣợc đậm đặc hơn đi tiếp vào bể phân ly 4.
Dung dịch thải
9
H2SO4
Khí vào
3 6
7
12
2
2 4 5
Na2CO3
Nƣớc
6
10
11
11
Hình 3.19 : Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình ASARCO
1. tháp hấp thụ, 2, 3,5 .bể chứa, 4;7 .bể phân ly, 6 .Thiết bị làm nguội, 8 .tháp giải
hấp thụ, 9 .thùng ngƣng tụ, 10 .tháp rửa khí, 11 .thiết bị cấp nhiệt, 12 .bề mặt trao
đổi nhiệt
Khí sạch thoát ra
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 93 -
Phần nước trong bể 5 có chứa các chất sau:
- Axit sunfuric loãng và dung dịch sunfat dimetyl - anilin từ phần trên của tháp
hấp thụ.
- Dung dịch natri cacbonat loãng có chứa cả sunfit và bisunfit natri.
- Dung dịch sunfit dimetyl - anilin loãng từ phần bốc hơi của tháp giải hấp thụ.
Từ bể chứa 5 nƣớc đƣợc dùng để tƣới vào phần dƣới cùng của tháp giải hấp thụ
8.
Tại đây trong dòng hơi nƣớc, sunfit dimetyl - anilin đƣợc phân giải thành
dimetyl - anilin và SO2 theo hơi nƣớc bốc lên trên. Ở nhiệt độ hòan nguyên, sunfat
dimetyl - anilin tác dụng với sunfit và bisunfit natri tạo thành dimetyl - anilin tự do,
khí SO2 và natri sunfat. Hỗn hợp khí SO2, hơi dimetyl - anilin và hơi nƣớc cũng bốc
lên trên và thoát ra khỏi tháp giải hấp thụ, còn dung dịch natri sunfat thì thải ra
ngoài. Ở phía dƣới của phần bốc hơi và phần hòan nguyên của tháp 8 dung dịch
đƣợc đun nóng bằng các bộ đố 11.
Dung dịch thải ra hầu nhƣ không chứa dimetyl - anilin. Độ pH của dung dịch
thải đƣợc giữ ở mức 5 ÷ 6 bằng cách điều chỉnh lƣợng natri cacbonat tƣới vào phần
giữa của tháp hấp thụ.
3.2.4 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn
Các quá trình xử lý khí SO2 bằng chất hấp thụ theo phƣơng pháp ƣớt có nhƣợc
điểm: nhiệt độ của khí thải bị hạ thấp, ẩm độ lại tăng cao gây han gỉ thiết bị máy
móc, hệ thống cồng kềnh và kinh phí đầu tƣ lớn. với những lí do trên ngày càng có
nhu cầu nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp xử lý SO2 bằng các loại vật liệu hấp phụ
thể rắn để khắc phục nhƣợc điểm của phƣơng pháp ƣớt.
Kinh phí đầu tƣ cho việc xây dựng và lắp đặt hệ thống xử lý khí thải theo
phƣơng pháp khô thấp hơn so với phƣơng pháp ƣớt, còn chi phí sử dụng vận hành
thì theo phƣơng pháp khô đôi lúc lại cao hơn so với phƣơng pháp ƣớt.
Do nhu cầu hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và làm sạch khí thải khỏi bụi của vật
liệu hấp phụ, vấn đề kết hợp giữa quá trình khô và ƣớt ngày càng trở nên thiết thực.
3.2.5 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính
Phƣơng pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt
điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể, đặc
biệt đƣợc áp dụng rộng rãi ở các nƣớc Đức, Anh, Nhật Bản và một số nƣớc khác.
Sử dụng than hoạt tính để hấp phụ khí SO2 có sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn
năng, tức là có thể áp dụng đƣợc cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một
cách liên tục hay gián đoạn. Ngoài ra, hệ thống xử lý cho phép làm việc đƣợc với
khí thải có nhiệt độ cao trên 100oC.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này tuỳ thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể
là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc là sản phẩm thu hồi đƣợc khí SO2 có nồng độ
thấp, có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng
đƣợc.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 94 -
1
4
Phần lọt sàng
Khí vào
Khí sạch thoát ra
SO2
Khí trơ
Tro
Bổ s
ung c
hất
hấp
phụ m
ới
2
3
5
6
7
8
9
Hình 3.20: Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theo phƣơng
pháp hấp phụ bằng than hoạt tính.
1. Phễu chứa than hoạt tính, 2. thiết bị đo liều lƣợng, 3.
tháp hấp phụ nhiều tầng, 4. xiclon, 5. bunke, 6. tháp giải
hấp phụ, 7. thiết bị cấp nhiệt, 8. quạt, 9. máy sàng
Trên hình 3.20 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính. Khói thải đi
vào tháp hấp phụ 3 gồm nhiều tầng, khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính của
các tầng hấp phụ, sau đó khói đi qua xiclon 4 để lọc sạch tro, bụi trƣớc khi thải ra
ngoài khí quyển.
Than hoạt tính sau khi đƣợc hoàn nguyên cùng với một lƣợg than mới bổ sung
đƣợc chuyển lên phễu chứa 1 để cấp vào tháp hấp phụ qua bộ phận khống chế liều
lƣợng 2. Than rơi từ tầng
trên xuống tầng dƣới của
tháp nhờ hệ thống cào đảo.
Sau khi bão hòa SO2, than
hoạt tính từ tầng dƣới cùng
của tháp chảy xuống bunke
5 để đi vào thiết bị giải hấp
phụ (hoàn nguyên) 6, tại
đây một lƣợng nhiệt đƣợc
cấp vào từ bên ngoài để
nâng nhiệt độ của than lên
400 ÷ 450oC nhờ thiết bị
cấp nhiệt 7 và quạt 8. Để
thúc đẩy quá trình hòan
nguyên ngƣời ta còn thổi
khí trơ nóng hoặc hơi nƣớc
vào thiết bị hoàn nguyên.
Khí SO2 thoát ra từ quá
trình hoàn nguyên có nồng
độ 40 ÷ 50% và đạt
khoảng 96 ÷ 97% lƣợng
khí SO2 có trong khói thải
trƣớc khi đi vào hệ thống
xử lý.
Sau khi hòan nguyên
than hoạt tính đƣợc sàng
chọn lại qua máy sàng 9 để
loại bỏ phần than quá vụn
nát và bổ sung thêm than
mới để đƣa lên phễu chứa
1.
Khí thoát ra từ quá
trình hòan nguyên ngoài
khí SO2 còn có một số loại
khí khác nhƣ: H2S là 2 ÷
4%, lƣu hùynh S là 0,1÷ 0,3% do các phản ứng sau đây:
2222 32232 COSHOHCSO
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 95 -
1
2
3
4 5
6
3
6
Khí vào
Khí sạch thoát ra
Nƣớc
H2SO4
(20 ÷25%)
H2SO4
(25 ÷30%)
H2SO4
(10 ÷15%)
Hình 3.21: Xử lý SO2 theo quá trình LURGI
1. tháp rửa khí Venturi, 2. xiclon, 3. Thiết bị hấp phụ, 4. bể chứa axit, 5. bơm, 6. than hoạt tính
22 COSCSO
222 222 COSHOHCS
Nồng độ khí SO2 còn lại trong khói thải sau khi ra khỏi hệ thống lọc phụ thuộc
vào thời gian làm việc của lớp vật liệu hấp phụ. Đối với than hoạt tính ta có các số
liệu sau:
Thời gian , phút 30 60 90 120 150 180 210
Nồng độ khí SO2, % trong khí thoát ra 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
Mức độ hoàn nguyên phụ thuộc vào thời gian hòan nguyên nhƣ sau:
Thời gian, phút 5 10 20 30 40
Mức độ hòan nguyên, % 40 70 90 95 ≈ 100
3.2.6 Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc–Quá trình LURGI
Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc để thu hồi axit sunfuric do công
ty LURGI của Đức nghiên cứu áp dụng.
Theo phƣơng pháp này, khí thải đƣợc làm cho bão hoà hơi nƣớc ở nhiệt độ dƣới
100oC đi qua lớp than hoạt tính có tƣới nƣớc làm ẩm trong thiết bị hấp phụ 3. khí
SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hoá thành SO3 nhờ có oxy trong khí
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 96 -
thải. Tiếp theo, SO3 kết hợp với nƣớc biến thành axit sunfuric và theo nƣớc chảy
vào thùng chứa 4. Axit sunfuric thu đƣợc ở thùng chứa 4 với nồng độ 20 ÷25%
đƣợc trích một phần để làm nguội và làm ẩm khí thải cần xử lý. Quá trình này đƣợc
thực hiện trong tháp rửa khí Venturi 1, trong đó axit loãng đƣợc dòng khí chuyển
động rối với vận tốc lớn xé nhỏ thành giọt mịn, nhiệt độ của khí giảm xuống do có
nƣớc bốc hơi, còn axit loãng thì trở nên đậm đặc hơn. Sau tháp rửa khí Venturi, tro
bụi và axit đƣợc tách ra khỏi dòng khí trong xiclon 2 và chảy về bể chứa 4, còn khí
đi vào thiết bị hấp phụ.
Để quá trình xử lý đƣợc liên tục cần lắp đặt ít nhất hai bình hấp phụ luân phiên
nhau hoạt động, cái này theo chu kì hấp phụ, cái kia theo chu kì hoàn nguyên.
Việc sử dụng axit sunfuric thu đƣợc từ quá trình phụ thuộc vào mức độ nhiễm
bẩn tro bụi và độ đậm đặc của nó. Khi xử lý khí thải đã lọc sạch tro bụi, nồng độ
axit thu đƣợc có thể đạt 65 ÷70%. Axit bị nhiễm bẩn nặng có thể đƣợc phân giải
theo các phƣơng pháp thông dụng để thu khí SO2 dùng vào việc điều chế axit
sunfuric sạch hoặc lƣu huỳnh đơn chất.
Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lƣu lƣợng khói thải 1000 ÷1500 m3/h. Nồng
độ ban đầu của SO2 trong khói thải khi đốt nhiên liệu mazut là 0,1 ÷0,15%. Hiệu
quả xử lý SO2 đạt 98 ÷99%. Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà
hoạt tính của nó không hề giảm sút.
3.2.7 Xử lý khí SO2 bằng nhôm oxít kiềm hoá
Quá trình xử lý khí SO2 bằng oxit kiềm hoá đƣợc dựa trên tính chất hấp phụ của
hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O) với thành phần natri oxit chiếm
20% khối lƣợng của hỗn hợp.
Trong quá trình hấp phụ, SO2 bị oxy hoá, sau đó tác dụng với các oxít kim loại
biến thành sunfat. Chất hấp phụ bão hoà đƣợc hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ
600 ÷650oC.
Khói thải sau khi đƣợc xử lý sơ bộ lọc sạch bụi trong xiclon 1 đi vào tháp hấp
phụ 2 theo chiều từ dƣới lên trên. Chất hấp phụ dạng hạt đƣợc cấp vào từ đỉnh tháp
và rơi tự do xuống dƣới. Trong quá trình rơi trong dòng khí chuyển động ngƣợc
chiều, chất hấp phụ khử khí SO2 trong khói thải. Bụi và các hạt chất hấp phụ có
kích thƣớc bé bị dòng khí mang theo sẽ đƣợc tách ra trong xiclon 3 và khí sạch
đƣợc thải ra khí quyển.
Một phần chất hấp phụ sau khi ra khỏi tháp 2 đƣợc tuần hoàn trở lại cho đến khi
đạt mức bão hòa nhất định, phần còn lại qua bộ khống chế liều lƣợng 5 để đi qua
thiết bị hoàn nguyên 6.
Sau khi hòan nguyên, vật liệu hấp phụ đƣợc làm nguội trong buồng làm nguội 7
và đƣợc cấp vào phễu nạp 4 cùng với một lƣợng chất hấp phụ mới bổ sung để lặp
lại chu trình làm việc.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 97 -
Khí vào
Bụi
Chất hấp
phụ mới
SO2
1
2
3 4
5
6
7 8
Hình 3.22: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nhôm oxit kiềm hoá
1,3- xiclon; 2 - Tháp hấp phụ; 4- Phễu nạp chất hấp phụ ; 5 - Đo liều lƣợng; 6- Thiết bị
giải hấp; 7- buồng làm nguội; 8 - thiết bị trao đổi nhiệt.
5
5
Sơ đồ hệ thống:
Lƣợng chất hấp phụ lƣu thông trong hệ thống khoảng 48 ÷ 50kg cho 1000m3
khí thải cần xử lý với nồng độ ban đầu của SO2 là 0.3%. Vận tốc chuyển động của
khí trong tháp hấp phụ là 2 ÷ 2.5m/s. Hiệu quả khử SO2 trong khí thải đạt 90%.
Chất hấp phụ nhôm oxit kiềm hóa có thể đƣợc sản xuất theo nhiều phƣơng pháp
khác nhau. Một trong những phƣơng pháp đó đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Dung dịch natri cacbonat (Na2CO3) 17% hòa trộn vào dung dịch nhôm sunfat
(Al2(SO4)3) 16% , khuấy đều trong 1 giờ ở nhiệt độ 90oC.
Lọc lấy chất kết tủa.
Giội 2 lần dung dịch natri cacbonat 2,5%.
Chất rắn thu đƣợc đem sấy khô.
Cắt thành viên nhỏ có đƣờng kính từ 20 ÷ 25 mm.
Sàng chọn để loại bỏ các hạt vụn nát.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 98 -
Nung các hạt chất hấp phụ ở nhiệt độ 600 ÷ 650oC trong môi trƣờng khí
hydro lƣu thông qua lớp vật liệu hấp phụ trong 24 giờ.
Chất hấp phụ nhôm oxit kiềm hóa thu đƣợc theo phƣơng pháp trên có dung
lƣợng hấp phụ bằng 19 ÷ 24% trọng lƣợng bản thân và có khối lƣợng đơn vị là
0,8g/m3.
3.2.8 Xử lý khí SO2 bằng mangan oxít (MnO)
Có hai phƣơng pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng mangan oxit là “quá
trình mangan đƣợc nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và quá trình DAR mangan” do hãng
Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất.
1. Quá trình mangan của Mỹ:
Chất hấp phụ đƣợc sử dụng là mangan oxit Mn2O3 dạng hạt đƣợc làm khô trong
không khí và trong chân không ở nhiệt độ 300 ÷ 400oC.
Khói thải ở nhiệt độ 130 ÷ 330oC đi vào thiết bị hấp phụ 1 trong đó SO2 bị hấp
phụ bởi mangan oxit và oxy hoá thành SO3, sau đó kết hợp với độ ẩm mao dẫn
trong chất hấp phụ tạo thành axit sunfuric. Axit sunfuric lại kết hợp với mangan oxit
thành mangan sunfat. Trong phạm vi nhiệt độ của khói thải nêu trên khả năng khử
Khí
vào
Khí sạch thoát ra
Tro
Nƣớc
O2 H2 + -
NaOH H2SO4
1
2
3
4
5
6
Hình 3.23: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “mangan”
1- Thiết bị hấp phụ ; 2- Máy sàng; 3- Thùng điện phân; 4÷Thùng
phản ứng; 5- Máy lọc ly tâm; 6- Máy sấy
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 99 -
SO2 của chất hấp phụ đạt 25 ÷37% trọng lƣợng bản thân và khả năng hấp phụ tăng
khi nhiệt độ tăng.
Chất hấp phụ no SO2 từ thiết bị hấp phụ đi ra đƣợc đƣa qua máy sàng 2 rồi đổ
vào thùng phản ứng 4 có máy khuấy để kết hợp với dung dịch NaOH theo phản
ứng:
OHSONaMnONaOHMnSO 2424 2
Sau đó chất kết tủa đƣợc tách ra và giội nƣớc trong máy ly tâm 5, ở đó MnO
oxy hoá thành Mn2O3. Sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ ẩm đƣợc đƣa qua máy sấy
6 để quay trở lại chu trình làm việc.
Dung dịch từ máy li tâm 5 chảy ra có chứa natri sunfat đƣợc đƣa vào thùng điện
phân 3 để phân giải thành axit sunfuric loãng và dung dịch NaOH. Axit sunfuric
loãng đƣợc làm bay hơi nƣớc, cô đặc và thành sản phẩm của hệ thống. Dung dịch
NaOH đƣợc tuần hoàn trở lại thùng phản ứng 4 để tiếp tục chu trình hoàn nguyên
chất hấp phụ.
2. Quá trình DAR ÷mangan của hãng Mitsubishi:
Chất hấp phụ sử dụng là hỗn hợp của một số oxit, gọi là oxit mangan hoạt tính
Sơ đồ hệ thống:
Chất hấp phụ nghiền nhỏ đƣợc phun vào dòng khói thải cần xử lý và cùng với
khói thải đi vào thiết bị hấp phụ 2, trong đó mangan oxit kết hợp với SO2, oxy và
hơi nƣớc mao dẫn để tạo thành mangan sunfat.
Vận tốc khí trong tháp hấp phụ khoảng 13m/s. Lƣợng chất hấp phụ cần cấp cho
1m3 khí thải là 150 ÷ 250g.
H2O
NH3
Không khí
Không khí
Tro
H2O
Khí sạch thoát ra
Khí
vào (NH4)2SO4
Thải ra khí quyển
1 2
3
4
5
6 7
8
9
10
Hình 3.24: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “DAR-mangan”
1- nạp chất hấp phụ ; 2- tháp hấp phụ ; 3- xiclon; 4÷Thiết bị lọc bụi bằng điện; 5- thùng chứa
dung dịch; 6- Tháp hoàn nguyên amoniac; 7- tháp oxi hoá; 8,10- máy ly tâm; 9- thùng tuyển nổi
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 100 -
Mức độ khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ giữa lƣợng
chất hấp phụ và lƣu lƣợng khí thải, nhiệt độ và thời gian lƣu của chất hấp phụ trong
tháp. Trung bình mức độ khử SO2 theo quá trình này đạt 98%.
Từ tháp 2 đi ra, chất hấp phụ đƣợc tách ra khỏi khí thải trong xiclon 3 và tiếp
theo khí thải đƣợc lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bụi bằng điện 4. Mức độ lọc bụi là
99.96% ÷ 99.98%
Hoàn nguyên:
Một phần chất hấp phụ thu đƣợc xiclon 3 quay về phễu nạp 1, phần còn lại cùng
với bụi đi ra từ thiết bị lọc bụi tĩnh điện 4 đi vào bể chứa 5 để hoà trộn với nƣớc.
Chất cặn nhão trong bể 5 đƣợc đƣa sang tháp hoàn nguyên amoniac 6 rồi đi tiếp
sang tháp oxy hoá 7, trong đó xảy ra phản ứng:
424244 )()(2 SONHOHMnOHNHMnSO
Tiếp theo là phản ứng oxi hoá hydrat bằng oxi trong không khí và hơi nƣớc:
OnHMnOOHnniOOHMn i 21222 .)1(5.0)(
Trong đó: i=0.5÷0.8 và n=0.1÷1.0
Amoniac thừa trong tháp 7 theo không khí vào tháp 6 và đƣợc tách ra ở đó để
quay lại tháp 7 tham gia vào các phản ứng nêu trên.
Các tinh thể mangan oxit hoàn nguyên đƣợc trong tháp 7 đƣợc tách ra ở máy
lọc 8 và trở lại chu trình làm việc, còn dung dịch (NH4)2SO4 vắt ra từ máy lọc 8
đƣợc cho bốc hơi và đóng bánh làm phân bón, hoặc có thể xử lý với vôi để thu
thạch cao CaSO4.
Bể tuyển nổi 9 đƣợc sử dụng để xử lý tro bụi bám trong hệ thống cùng với cặn
bùn ở máy lọc ly tâm 8 để thu hồi mangan oxit trả trở lại hệ thống. Cần ghi chú rằng
việc sử dụng dầu hoả ở bể tuyển nổi 8 không làm giảm khả năng khử SO2 của chất
hấp phụ, dầu hoả sẽ bốc hơi hoàn toàn trong khí thải mà không thâm nhập vào
amoni sunfat.
3.2.9 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền
Phản ứng giữa vôi (CaO) và đolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra nhƣ sau:
2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
2 CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 = 2[CaSO4 + MgO] + 4CO2
Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760÷1040oC, cón phản
ứng giữa đolomit và SO2 - ở nhiệt độ 600÷1200oC.
Phƣơng pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy và quá trình khử khí SO2
thành một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải lắp
đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ.
Trên hình 3.24 là sơ đồ lò hơi đốt nhiên liệu than nghiền có trộn vôi để khử khí
SO2.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 101 -
Than nghiền với cỡ hạt có kích thƣớc trên 6 mm đƣợc trộn với vôi bột kích
thƣớc 1.6 ÷ 6 mm đổ thành lớp dầy bên trên ghi phân phối không khí 1. Không khí
đƣợc thổi qua lớp ghi từ dƣới lên trên với vận tốc trên toàn tiết diện ngang của
buồng đốt 0.6 ÷ 4.6 m/s. Không khí xuyên qua lớp than cháy ở nhiệt độ 760 ÷
1040oC làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt to và nặng bốc
lên rồi rơi xuống, còn các hạt mịn thì bay theo sản phảm cháy. Lớp than trong
buồng đốt sôi động do đó ngƣời ta gọi là quá trình đốt “giả lỏng” hoặc “giả sôi”.
Buồng đốt đƣợc bao quanh bằng các vách ống 2 để hấp thụ nhiệt bức xạ, trong đó
lƣu thông nƣớc và hơi. Ngoài ra trong lớp than giả lỏng còn có bố trí các dãy ống
xoắn 3 để nhận nhiệt trực tiếp từ lớp than cháy. Bên trên lớp than còn bố trí dãy ống
nằm ngang 4 vừa để nhận nhiệt vừa có tác dụng cản trở không cho các hạt than bốc
lên cao và theo khói ra ngoài. Trên đƣờng khói có bố trí các dàn ống nhận nhiệt đối
lƣu 5 và dàn ống 6 tận dụng nhiệt trong khói thải để hâm nóng nƣớc trƣớc khi cấp
vào các dàn ống chính. Khói thải đi ra khỏi lò có chứa tro, các hạt vôi hoặc đolomit
và than đƣợc lọc cấp thô trong xiclon 7 để thu hồi than chƣa cháy hết, tiếp theo
đƣợc lọc tinh ở bộ lọc 8 rồi thải ra khí quyển.
Lớp than nổi bên trên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn một ít
than chƣa cháy hết sẽ đƣợc thải ra ngoài và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO2 đƣợc
bổ sung vào buồng đốt qua ghi phân phối không khí hoặc qua cửa cấp than trên
vách lò.
Nhiệt độ cháy của lớp than giả lỏng đƣợc chọn trong khoảng 760 ÷1040oC là
với mục đích đạt hiệu quả khử SO2 cao nhất của vôi (khử đƣợc 90% SO2). Với nhiệt
Hình 3.25: Sơ đồ lò hơi với lớp than “giả lỏng”
1- Ghi phân phối không khí ; 2- Vách ống; 3- Dàn ống chìm trong lớp than; 4÷Dàn ống chắn; 5-
Dàn ống nhận nhiệt đối lƣu; 6- Dàn ống tận dụng nhiệt; 7- xiclon lọc thô; 8- Thiết bị lọc tinh
Không khí
Vôi hoặc
đolomit
Than
Tro, sunfat
Tro, bụi
Khói thải
1
2
3 3
4
5 6
7 8
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 102 -
độ trên thì sự hình thành và phát thải khí NOx đƣợc giảm thiểu ở mức 250 ÷
600ppm và vấn đề đóng cứng xỉ than cũng đƣợc hạn chế.
Hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: nhiệt độ,
kích thƣớc hạt và tỉ lệ giữa chất hấp phụ và lƣợng khí SO2 trong sản phẩm cháy.
Ngoài phƣơng pháp trộn chất hấp phụ vào than đốt trong lớp nhiên liệu giả
lỏng, ngƣời ta còn có thể thực hiện công nghệ xử lý SO2 bằng cách phun chất hấp
phụ cỡ 0 - 60µm vào buồng đốt bằng mũi phun đƣờng kính 2mm đặt ở độ cao 4m
bên trên vòi đốt.
3.2.10 So sánh lợi ích kinh tế của một số phƣơng pháp xử lý khí SO2
Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để xử lý khí SO2 trong khói thải, tuy nhiên
hiện nay chƣa có công trình nghiên cứu nào đầy đủ và toàn diện để khẳng định
phƣơng pháp nào là hợp lý nhất, kinh tế nhất.
Vấn đề kinh tế kỹ thuật của các phƣơng pháp xử lý phụ thuộc rất nhiều vào điều
kiện cụ thể của từng địa phƣơng, từng công trình.
Theo kết quả so sánh của Viện nghiên cứu làm sạch khí của Liên xô đối với 3
phƣơng pháp: magie, vôi và amoniac có chƣng cất ở các nhà máy nhiệt điện công
suất 600, 1200, và 2400MW thì phƣơng pháp magie là phƣơng pháp có chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật cao hơn cả.
Các nhà nghiên cứu Tiệp khắc đã tiến hành so sánh kinh tế của bốn phƣơng
pháp xử lý khí SO2: đá vôi, vôi nung, amoniac có chu kỳ và magie đối với nhà máy
nhiệt điện công suất 300MW và kết quả cũng cho thấy phƣơng pháp magie có hiệu
quả kinh tế cao nhất mặc dù chi phí đầu tƣ cho phƣơng pháp này cao hơn so với các
phƣơng pháp vôi nung và đá vôi.
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của một số phƣơng pháp khô xử lý SO2 cho nhà
máy điện công suất 8000MW.
Phƣơng
pháp
Sản phẩm thu
hồi
Chi phí đầu tƣ Hiệu
quả xử
lý ,%
Chi phí sản xuất
Chung,
106 đô la
Cho
1KW đô
la
Cho 1000
kWh, xen
Cho 1 tấn
nhiên
liệu, đô la
Khử SO2
bằng
nhôm
kiềm hóa
- Axit
-Lƣu huỳnh
14,217
8,51
17,77
10,64
100
100
7,2
7,9
0,55
0,61
Khử SO2
bằng
phƣơng
pháp phun
vôi bột
-Axit
-Không thu
hồi sản phẩm
17,0
0,8
21,25
1,0
100
90
67
34
5,5
14,35
10,6
5,9
0,4
1,13
0,78
0,43
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 103 -
H2S
Không khí
và hơi axit
Khí vào
Khí sạch
thoát ra
1
2
3 4
5
6
Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri cacbonat Na2CO3
1. tháp hấp thụ, 2. tháp giải hấp thụ, 3. quạt, 4. thiết bị sấy nóng không khí,
5. điều chỉnh mức dung dịch, 6. điều chỉnh lƣu lƣợng dung dịch tƣới
3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ĐIHIĐRO SUNFUA H2S
Khí H2S là loại khí chủ yếu sinh ra trong quá trình luyện cốc từ than đá, quá
trình lọc dầu, quá trình sản xuất công nghiệp. Khí H2S còn là một trong những
thành phần của khí đốt thiên nhiên. Ngoài ra, trong một số ngành công nghiệp khác
nhƣ chế biến xenlulo, sợi nhân tạo, nấu bột giấy, thuộc da, nấu thuốc nhuộm, xử lý
nƣớc thải, lƣợng khí H2S sinh ra cũng đáng kể.
Trƣớc kia các hệ thống xử lý và thu hồi khí H2S chủ yếu là phục vụ cho việc lọc
sạch khí công nghiệp nhƣ khí đốt thiên nhiên. Ngày nay ngoài việc lọc sạch khí
công nghiệp, việc xử lý và thu hồi H2S còn để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, khí
H2S thu hồi đƣợc tận dụng để sản xuất lƣu huỳnh đơn chất và axit sunfuric.
3.3.1 Xử lý H2S bằng Natri cacbonat, amoni cacbonat, hoặc kali phốtphát
Quá trình xử lý khí H2S bằng Na2CO3 đƣợc dựa trên cơ sở các phản ứng sau:
H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3
Phản ứng này diễn ra trong tháp hấp thụ 1 của hệ thống xử lý. Dung dịch bão
hòa từ tháp 1 chảy ra đƣợc làm bốc hơi bằng không khí nóng trong tháp giải hấp thụ
2 để thu hồi lại Na2CO3. và chu trình làm việc cứ thế tiếp diễn.
Khí H2S thu đƣợc từ tháp 2 sẽ đƣợc đƣa sang công đoạn tiếp theo để thu hồi lƣu
huỳnh đơn chất và hoàn nguyên vanadat.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 104 -
Phản ứng thu hồi lƣu huỳnh có sự tham gia của natri vanadat NaVO3:
2NaHS + H2S + 4NaVO3 + ½ O2 = Na2V4O9 + 4NaOH +3S
Để hoàn nguyên vanadat ngƣời ta dùng chất xúc tác ADA (natri-amoni vanadat
và đisunfonat):
Na2V4O9 + 2NaOH + ½ O2 + 2ADA = 4NaVO3 + 2ADA
Ngƣời ta có thể thay thế natri cacbonat bằng kali photphat K3PO4 với những ƣu
điểm là:
- Có tính chất bền vững
- Phản ứng của nó với H2S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO2
trong khí thải.
- Sử dụng hơi nƣớc để làm bay hơi và thu hồi H2S.
Phản ứng khử H2S xảy ra nhƣ sau:
K3PO4 + H2S = K2HPO4 + KHS
Ngoài ra, có thể dùng amoni cacbonat và kali cacbonat làm dung dịch hấp thụ
đối với H2S:
(NH4)2CO3 + H2S = (NH4)2S + H2O + CO2 ↑
Amoni sunfua (NH4)2S thu đƣợc trong dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ sẽ đƣợc
phân huỷ thành NH3 và H2S. Dung dịch NH3 quay trở lại chu trình để kết hợp với
CO2 và H2O trong khói thải để tạo thành amoni cacbonat và phản ứng trên tiếp tục
xảy ra.
Không khí
Khí vào
Khí sạch
thoát ra
1 5
Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3
1. tháp hấp thụ, 2. tháp oxy hoa, 3. thùng phân ly, 4. thùng chứa lƣu huỳnh,
5. thùng rửa, 6. máy lọc ly tâm
6
4
2
3
Không
khí
Lƣu huỳnh
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 105 -
3.3.2 Xử lý khí H2S bằng dung dịch amoniac
Dùng amoniac để khử H2S trong khí thải là quá trình khá đơn giản và đƣợc áp
dụng rộng rãi. Trong thấp hấp thụ, H2S trong khí thải tiếp xúc với dung dịch
amoniac và chúng kết hợp vơi nhau theo phản ứng:
2NH3 + H2S = (NH4)2S
Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp amoniac sunfua (NH4)2S phân giải thành NH3
và H2S. Amoniac quay lại chu trình làm việc, còn H2S đƣợc đƣa sang công đoạn
điều chế axit hoặc lƣu huỳnh đơn chất.
Sơ đồ hệ thống xử lý đƣợc trình bày ở hình 3.28. Đây là quá trình tuần hoàn
100% dung dịch hấp thụ.
3.3.3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính
Quá trình hấp phụ khí H2S bằng than hoạt tính xảy ra nhờ hiện tƣợng oxy hoá
khí H2S trên bề mặt của than theo phản ứng:
H2S + ½ O2 = H2O + S + 222kJ/mol
Để thúc đẩy quá trình oxy hoá ngƣời ta thêm vào khí cần lọc một lƣợng nhỏ
amoniac (0.2g/m3).
Lƣu huỳnh đƣợc giải phóng ra trong phản ứng oxy hoá nêu trên dần dần tích tụ
trong lớp than và làm cho vật liệu hấp phụ trở nên bão hoà, lúc đó cần tiến hành
hoàn nguyên vật liệu hấp phụ bằng (NH4)2S theo phản ứng:
2(NH4)2S + 6S = 2(NH4)2S4
hoặc là:
Khí vào
Khí sạch thoát ra
Hơi nƣớc
H2S
NH3
1
2
3
4
5
6
Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng amoniac
1. tháp hấp thụ, 2, 3. Bình chứa, 4. thiết bị làm nguội, 5. bề
mặt trao đổi nhiệt, 6. tháp cất khí H2S
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 106 -
(NH4)2S + 9(n ÷1)S = (NH4)2Sn
Sau đó dung dịch đƣợc phân huỷ bằng hơi ở nhiệt độ 125 ÷130oC và áp suất
(1.7 ÷2).105 Pa để thu lại (NH4)2S và lƣu huỳnh đơn chất:
(NH4)2Sn (NH4)2S + (n ÷1)S
Lƣu huỳnh thu đƣợc có thể tách ra khỏi dung dịch nhờ sự khác nhau về khối
lƣợng đơn vị. Độ tinh khiết của lƣu huỳnh có thể đạt 99,9%, còn hơi ngƣng tụ lại
trong quá trình phân huỷ dung dịch là (NH4)2S sạch.
Sau khi tách lƣu huỳnh ra khỏi than bão hoà, ngƣời ta rửa than bằng nƣớc cho
tới khi không còn SO2 trong nƣớc mới thôi, sau đó than đƣợc sấy khô để dùng trở
lại.
Kết quả nghiên cứu thực tế cho biết kích thƣớc hạt than hoạt tính càng nhỏ thì
độ ngậm H2S của than càng lớn. thƣờng ngƣời ta sản xuất than có cỡ hạt 1 ÷2mm.
Ngoài ra, để quá trình hấp phụ của than hoạt tính xảy ra đƣợc triệt để, khí thải cần
đƣợc lọc sạch bụi để đƣa nồng độ bụi xuống còn 2 ÷3mg/m3 trƣớc khi đƣa vào hệ
thống hấp phụ.
3.3.4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ sắt oxít Fe2O3
Đây là phƣơng pháp cổ điển nhất đƣợc dựa trên các phản ứng sau:
Fe2O3 + H2S = Fe2S3 + H2O
2Fe2S3+3O2 = 2 Fe2O3 +6S
Sau khi bão hòa H2S, oxit sắt đƣợc hoàn nguyên bằng không khí (cấp oxi) để
thu lƣu huỳnh.
Tốc độ phản ứng hấp phụ H2S của oxit sắt phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa
khí và bề mặt vật liệu hấp phụ. Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng (xốp)
của vật liệu hấp phụ phải lớn. thƣờng độ rỗng của oxit sắt không nhỏ hơn 50%.
Điểu kiện tốt nhất cho quá trình hấp phụ khí H2S bằng oxit sắt là: nhiệt độ trong
khoảng 28 ÷30oC và độ ẩm của vật liệu hấp phụ khoảng 30%.
Để hoàn nguyên có thể áp dụng các phƣơng pháp sau:
- Oxy hoá vật liệu hấp thụ bằng oxy trong không khí.
- Thổi hỗn hợp khí có chứa 2 ÷3% oxi qua lớp vật liệu hấp phụ, nhiệt độ hoàn
nguyên khoảng 600 ÷800oC.
- Hoàn nguyên liên tục khối vật liệu hấp phụ bằng cách bổ sung vào dòng khí
cần xử lý một thể tích không khí với tính toán sao cho lƣợng oxi trong hỗn hợp gấp
1,5 lần lƣợng oxi lý thuyết cần cho quá trình oxi hóa. Nhƣ vậy qua 1tri2nh hoàn
nguyên xảy diễn ra song song với quá trình hấp phụ.
Ngoài ra có thể dùng Fe(OH)3 để khử H2S theo phản ứng sau
3H2S +2Fe(OH)3 = Fe2S3 +6 H2O +Q
Điều kiện tối ƣu cho phản ứng là nhiệt độ 28 ÷30oC, độ ẩm vật liệu không dƣới
30%. Quá trình này đƣợc áp dụng khi nồng độ khí H2S dƣới 0.5% tức là dƣới
7.5g/m3.
t,p
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 107 -
Sau khi bão hòa, vật liệu hấp phụ đƣợc hoàn nguyên bằng oxy trong không khí
với sự tham gia của hơi nƣớc. Kết quả thu đƣợc là sắt sẽ chuyển thành hydroxit và
lƣu huỳnh đơn chất đƣợc tách ra:
2Fe2S3 + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 +6S +606 kJ/mol
Thể tích không khí cấp cho quá trình hoàn nguyên đƣợc điều chỉnh tùy theo
nhiệt độ và hàm lƣợng oxy trong hỗn hợp khí đi vào hệ thống.
Vật liệu hấp phụ đƣợc xem là hết tác dụng khi hàm lƣợng lƣu huỳnh chiếm
50% khối lƣợng vật liệu. Lƣu huỳnh tích tụ trong vật liệu dần dần bao bọc các hạt
Fe(OH)3 và gây trở ngại cho sự thâm nhập của khí H2S vào bề mặt của các hạt vật
liệu hấp phụ. Lúc đó phải thay mới vật liệu hấp phụ, còn vật liệu hấp phụ hết tác
dụng thì đƣợc hoàn nguyên bằng phƣơng pháp nhiệt.
Hệ thống lọc rất đơn giản, bao gồm nhiều bình lọc lắp song song nhau theo
chiều đi của khí, trong mỗi bình có nhiều lớp vật liệu hấp phụ để khí lần lƣợt đi qua
hết lớp này đến lớp khác. Bề cao của mỗi lớp khoảng 0,3 ÷ 0,5 m. Hệ thống van
trên đƣờng ống dẫn khí cho phép cắt bất kỳ bình hấp phụ nào đã bão hòa để thay
mới vật liệu hấp phụ khác hoặc tiến hành hoàn nguyên. Nếu bình hấp phụ có 4 lớp
thì hiệu quả khử H2S có thể đạt 99,0 ÷ 99,9%. Ngoài hệ thống hấp phụ kiểu nhiều
bình ngƣời ta còn chế tạo thiết bị hấp phụ kiểu tháp.
Ngoài ra có thể dùng ZnO làm chất hấp phụ để khử H2S theo phản ứng
ZnO + H2S = ZnS + H2O
Không
khí
Hơi nƣớc
Nƣớc
Khí vào hệ thống lọc
Khí sạch
Fe2O3
1 1 2
Hình 3.30: Sơ đồ hấp phụ H2S bằng oxit sắt
1. tháp hấp phụ, 2. ejector
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 108 -
Dung dịch tƣới
Khí vào
Khí sạch
thoát ra
1
Hình 3.31: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri thioasenat
1. tháp hấp thụ, 2. bơm, 3. thiết bị làm nóng dung dịch, 4. tháp oxy hóa, 5. thùng
phân ly lƣu huỳnh, 6. thùng lắng lƣu huỳnh, 7. máy lọc ly tâm,
4
2
3 Không khí
5
6
7
Lƣu huỳnh
Khi loại vật liệu hấp phụ này hết tác dụng ngƣời ta thay mới chứ không hoàn
nguyên vì quá trình hoàn nguyên phức tạp và không kinh tế. vì vậy phƣơng pháp
này chỉ áp dụng để xử lý một lƣợng khí thải nhỏ với nồng độ ban đầu của H2S
không lớn lắm.
3.3.5 Xử lý H2S bằng Natri thioasenat Na4As2S5O2
Phản ứng hấp thụ khí H2S bằng dung dịch natri thioasenat xảy ra nhƣ sau:
H2S + Na4As2S5O2 = Na4As2S6O + H2O
Tiếp theo, natri thioasenat đƣợc hoàn nguyên theo phản ứng:
Na4As2S6O + O2 = 2Na4As2S5O2 + 2S
Hai phản ứng nêu trên xảy ra rất nhanh và là hai phản ứng chủ yếu trong hầu
hết các điều kiện vận hành.
Khi nồng độ ban đầu H2S trong khí thải rất cao hoặc khi thời gian tiếp xúc giữa
H2S và dung dịch hấp thụ kéo dài thì các phản ứng phụ, chậm hơn sẽ có thể xảy ra:
Hấp thụ:
Na4As2S6O +H2S = Na4As2S7 + H2O
Hoàn nguyên:
2Na4As2S7 + O2 = 2Na4As2S6O + 2S
Dung dịch hấp thụ natri thioasenat đƣợc chuẩn bị bằng cách hòa tan As2O3 và
Na2CO3 trong nƣớc với tỉ lệ: 1mol As2O3 : 2mol Na2CO3. Trong dung dịch sẽ có:
natri cacbonat, bicacbonat, natri asenit và axit asenic, các chất này sẽ phản ứng xen
kẽ với H2S và oxy để tạo thành natri thioasenat.
Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri thioasenat với sản phẩm cuối cùng thu
đƣợc là lƣu huỳnh:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 109 -
Dung dịch bão hòa chảy ra từ đáy tháp hấp thụ 1 đƣợc bơm qua thiết bị cấp
nhiệt 3 để hâm nóng đến nhiệt độ ≈ 45oC rồi đi vào tháp oxi hóa 4, trong đó dung
dịch và không khí chuyển động cùng chiều từ dƣới lên trên. Không khí có tác dụng
tách lƣu huỳnh ra khỏi dung dịch và có tác dụng nhƣ chất tạo bọt, lƣu huỳnh dạng
bọt sẽ nổi lên trên bề mặt tháp oxy hóa và tràn qua vách ngăn trong thùng phân ly 5
để chảy vào bể lắng 6. Dung dịch đƣợc hoàn nguyên từ thùng phân ly 5 sẽ đƣợc đƣa
về tƣới cho tháp hấp thụ 1.
Hiệu quả xử lí có thể đạt từ 80→95%
3.3.6 Xử lý H2S bằng xút NaOH
Cơ sở của phƣơng pháp này là khí H2S kết hợp với NaOH theo các phản ứng
sau:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
Na2S + H2S = 2NaHS
Na2S + H2O = NaHS + NaOH
Song song với các phản ứng trên, xút còn có tác dụng với cacbonic:
CO2 + NaOH = NaHCO3
NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O
Ngoài phản ứng khử H2S, trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hoá natri
sunfua Na2S tạo thành NaHS và Na2S2O3.
Na2S + H2O = NaHS + NaOH
2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O
Về mặt bảo vệ môi trƣờng thì 2 phản ứng phụ này là có lợi vì chúng góp phần
làm giảm nhẹ khâu xử lý dung dịch đã dùng xong trƣớc khi thải ra hệ thống thoát
nƣớc (NaS cần phải đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng)
Ngoài ra NaOH có thể thay thế bằng sữa vôi. Kết quả thu đƣợc của quá trình là
chất cặn nhão có chứa CaS, chất này cũng cẩn đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi
trƣờng.
Dung dịch xút đã sử dụng cũng nhƣ cặn nhão thu đƣợc khi dùng sữa vôi thay
thế có thể đƣợc xử lý bằng cách dùng vôi clorua (hỗn hợp các chất Ca(ClO)2, CaCl2
và Ca(OH)2) để oxi hoá cácliên kết sunfit.
Ưu điểm:
- Phƣơng pháp này đảm bảo khử đƣợc 100% H2S trong khí thải
- Hệ thống không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit
Sơ đồ hệ thống xử lý H2S bằng xút hoặc sữa vôi:
Khí thải đƣợc xử lý trong tháp rửa khí 1 với lớp đệm là khâu sứ Raschig. Hệ
thống đƣợc thiết kế với một lƣợng dung dịch đã sử dụng đƣợc thải liên tục ra ngoài
sau khi đã qua xử lý với vôi clorua (hỗn hợp bao gồm các chất: Ca(ClO)2, CaCl2 và
Ca(OH)2). Nồng độ chất kiềm đi qua tháp rửa khí 1 đƣợc khống chế ở mức 7g/l.
Vận tốc khí trong tháp 1 là 0,6m/s. Lƣợng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về cho 1
kg lƣu huỳnh là 8kg. Phƣơng pháp này đảm bảo khử 100% H2S trong khí thải
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 110 -
3.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx
3.4.1 Hấp thụ NOx bằng dung dịch amoni cacbonat
Atsukawa M và cộng sự ở hãng công nghiệp nặng Mitsubishi (Nhật Bản) đã
nghiên cứu quá trình xử lý NOx bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3 trong tháp hấp thụ
đƣờng kính 0.4m và cao 2.6m đƣợc đệm bằng khâu Raschig 25mm. Hiệu quả của
quá trình hấp thụ còn đƣợc nâng cao đáng kể khi dùng các tấm nhựa polyvinyl gợn
sóng làm lớp đệm trong tháp hấp thụ, hiệu quả đạt đến 95.1%
Bảng 3.8: Khả năng hấp thụ NO và NO2 trong tháp hấp thụ có lớp đệm
Lƣu lƣợng, kg/m2.h Hệ số trao đổi
chất KGa,
kmol/m2.h.kPa
Nồng độ NO + NO2, ppm Hiệu
quả hấp
thụ, % Khí Dung dịch NO + NO2
ban đầu
NO2 cuối
Lớp đệm: khâu Raschig 25 mm
2063 15050 0,29 1970 630 68
2580 15050 0,34 2040 700 65,7
2990 15050 0,37 19201 710 63
Lớp đệm: tấm nhựa polyvinyl gợn sóng
1180 5250 0,405 2100 270 95,1
2360 5250 0,77 2100 590 89,6
2950 5250 0,875 1800 800 84,6
Khí vào
Khí sạch
thoát ra
Nƣớc thải
1
5
6
4
2 3
Hình 3.32: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng NaOH hoặc sữa vôi
1. tháp rửa khí, 2. thùng chứa dung dịch đã dùng, 3. thùng xử lý dung dịch trƣớc
khi thải ra ngoài, 4. thùng chứa dung dịch mới, 5. thùng vôi clorua, 6. bơm
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 111 -
3.4.2 Hấp thụ khí NOx bằng nƣớc
Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa oxít nitơ với nồng độ thấp thƣờng
đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp dùng nƣớc rửa khí trong các loại thiết bị nhƣ tháp rửa
khí, thiết bị sục khí sủi bọt,…Hiệu quả khử NOx theo các phƣơng pháp nêu trên
thƣờng không cao, tối đa là 50%.
Hiệu quả hấp thụ NO2 và N2O4 bằng nƣớc phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của
NOx trong khí thải và loại vật liệu hấp thụ.
Khi hấp thụ NO2 bằng nƣớc, một phần axit nitric đƣợc sinh ra ở pha khí:
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO + Q
Để xử lý các oxit nitơ, ta có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng:
NO + H2O2 NO2 + H2O
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
N2O3 + H2O2 N2O4 + H2O
N2O4 + H2O HNO3 + HNO2
Yếu tố cơ bản để xác định kinh tế của quá trình là lƣu lƣợng oxi già (vào
khoảng 6 kg trên 1 tấn axit).
Hấp thụ NOx thành axit HNO3 tăng theo độ tăng của nồng độ axit và áp suất
riêng phần của NOx. Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác. Hiệu quả xử lý
có thể đạt 97%.
Khí vào
Về trạm lạnh
Chất tải lạnh
Khí sạch thoát ra
(NH4)2CO3
1
2
3 4
Hình 3.33: Sơ đồ hệ thống xử lý NOx bằng dung dịch amoni
cacbonat
1. thiết bị hấp thụ, 2. bộ trao đổi nhiệt làm nguội dung dịch, 3. bể chứa
dung dịch, 4. bơm
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 112 -
3.4.3 Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel và than hoạt tính
Khí thải có chứa 1 ÷ 1.5% NOx có thể đƣợc xử lý bằng các chất hấp phụ nhƣ
silicagel, alumogel, than hoạt tính,v.v…
Khi trong chất hấp phụ có chứa đioxít nitơ thì nó trở thành chất xúc tác để oxy
hoá các oxít nitơ thành nitơ đioxít. Nitơ đioxit bị hấp phụ vào các chất nêu trên và
có thể đƣợc tách ra khỏi chúng bằng cách đun nóng.
Khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn nêu trên nói chung là rất thấp. Do đó
muốn đạt yêu cầukhử NOx một cách triệt để cần lắp hệ thống có nhiều tầng hấp phụ
nối tiếp nhau, dẫn đến tiêu hao nhiều năng lƣợng để thắng sức cản khí động của hệ
thống.
Mặt khác, bụi trong khí thải cũng làm giảm nhanh chóng khả năng hấp phụ của
vật liệu, do đó khí thải trƣớc khi đi vào hệ thống hấp phụ cần đƣợc lọc sạch bụi, tro.
Tuy nhiên bên cạnh những nhƣợc điểm trên, sử dụng chất hấp phụ để khử NOx có
những ƣu điểm của nó là có khả năng thu hồi NO2 nồng độ cao để điều chế axit
nitric phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp.
3.4.4 Giảm thiểu có xúc tác lƣợng khí NOx bằng các chất gây phản ứng
khử khác nhau
1. Khử nitrogen oxide có xúc tác và nhiệt độ cao
Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NOx với khí khử trên bề mặt xúc tác. Xúc tác có
thể là kim loại nhóm platin (paladin (Pd), ruteni (Ru), rodi (Rh), platin (Pt)) hoặc rẻ
hơn nhƣng kém hiệu quả và kém ổn định hơn nhƣ niken, crôm, đồng, kẽm, vanadi
(V), xeri (Ce)… Với mục đích tăng bề mặt tiếp xúc, chúng đƣợc phủ lên các vật liệu
xốp nhƣ: sứ, oxide nhôm, silicagen, băng kim loại… có hình dạng khác nhau.
Chất khử là methane, khí tự nhiên, khí tan hoặc khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hổn
hợp nitơ - hidro.
Hiệu quả khử NOx phụ thuộc hoạt tính của xúc tác.
Khí thải chứa NOx của sản xuất axit nitric cần phải đun từ 30 ÷ 35oC lên nhiệt
độ cháy của xúc tác. Nhiệt độ này phụ thuộc chất khử: 450 đến 480oC đối với
metan, 350oC đối với propan và butan, 150 ÷ 200
oC đối với hydro và oxide cacbon.
Bản chất của quá trình khử đƣợc biểu diễn bằng các phản ứng sau:
4NO + CH4 2N2 + CO2 + 2H2O
2NO + CH4 N2 + CO2 + 2H2O
2NO + 2CO N2 + 2CO2
2NO2 + 4CO N2 + 4CO2
2NO + 2H2 N2 + 2H2O
2NO2 + 4H2 N2 + 4H2O
Trên thực tế thƣờng sử dụng khí tự nhiên do dễ kiếm và rẻ. Các quá trình khử là
phản ứng tỏa nhiệt nhƣng nhiệt lƣợng để đun nóng hổn hợp phản ứng chủ yếu là
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 113 -
nhiệt phản ứng của chất khử với oxi vì nồng độ trong khí lớn hơn nồng độ NOx
nhiều lần. Trong quá trình khử nhiệt độ khí tăng nhanh đến 700oC và lớn hơn, do đó
cần phải sử dụng xúc tác bền nhiệt hoặc chất khử có nhiệt độ cháy thấp hoặc tiếp
xúc theo bậc với sự làm ngƣợc trung gian.
Quá trình khử NOx bằng xúc tác nhiệt bảo đảm hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên
còn tồn tại các nhƣợc điểm sau: tiêu hao nhiều khí khử, cần làm sạch khí khỏi oxide
cacbon (nồng độ khoảng 0,1 ÷ 0,15%), chỉ đƣợc sử dụng khí có nồng độ thấp (đến
0,5% đối với NOx và đến 4 ÷ 5% đối với oxi)
2. Khử NOx với xúc tác chọn lọc.
Quá trình này thuận lợi hơn quá trình khử nhiệt độ cao ở chỗ chất khử phản ứng
chủ yếu với NOx và hầu nhƣ không tƣơng tác với oxi. Chất khử là ammoniac với
lƣu lƣợng tƣơng đƣơng hoặc lớn hơn 10 ÷ 15% so với lƣợng chất khử đƣợc tính
theo phƣơng trình lƣợng hóa học. Quá trình diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:
6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O
8NO + 2NH3 5N2O + 3H2O
5NO2 + 2NH3 7NO + 3H2O
Vì vậy, sản phẩm phản ứng không độc (nitơ và nƣớc).
Ôxi trong khí thải thúc đẩy phản ứng khử:
4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O
Nhiệt độ phản ứng khử tƣơng đối thấp 180 ÷ 360oC và tỏa ra lƣợng nhiệt không
lớn. Vì vậy, nhiệt độ của khí tăng lên trong vùng xúc tác chỉ 10 ÷ 20oC.
Khí ammoniac dƣ sẽ bị oxi trong khí thải:
4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O
Quá trình này yêu cầu thiết bị đơn giản và đã đƣợc ứng dụng trong sản xuất
HNO3 dƣới áp suất 0,35 MPa. Khí thải chứa 0,2% (thể tích) (NO + NO2). Hiệu quả
xử lý 96%, tổng hàm lƣợng (NO + NO2)trong khí đã xử lý không vƣợt quá 0,01%
(thể tích), NH3 đến 0,015% (thể tích).
Để xử lý khí thải chứa 1 ÷ 30% NOx bằng NH3 có thể sử dụng xúc tác là zeolit.
Quy trình đạt hiệu quả cao ở nhiệt độ 330 ÷ 480oC.
Quy trình xử lý khí thải chứa NOx, không chứa bụi và SO2 thƣờng đƣợc tiến
hành với vận tốc thể tích (3 ÷ 9).10-3
1/h, nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 220 ÷
400oC và với tỷ lệ mol NH3 : NOx trong khoảng 0,8 ÷1,3 phụ thuộc xúc tác.
Xử lý khí thải NOx chứa bụi và SO2 cũng đƣợc tiến hành với cùng lƣu lƣơng
thể tích, ở nhiệt độ 350 ÷ 400oC và tỷ lệ mol NH3 : NOx = 0,8 ÷ 1,2. Xúc tác trong
trƣờng hợp thứ nhất là oxide sắt, đồng, vanadi, crôm phủ trên oxide nhôm.
3. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác.
Phƣơng pháp phân hủy nhiệt NOx trong khí thải của sản xuất axit oxalic chứa 2
÷ 3% và 10 ÷ 15% O2 dựa trên chất khử là khí tự nhiên. Khí đƣợc đun nóng đến
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 114 -
400oC trong thiết bị truyền nhiệt (nhờ nhiệt lƣợng của khí sau xử lý) và cho vào
thiết bị phản ứng cùng với khí tự nhiên và không khí để đốt cháy nó. Trong thiết bị
phản ứng ở 1.000 ÷ 1.100oC diễn ra sự phân hủy NOx thành các sản phẩm không
độc. Khí nóng này đi qua buồng đốt phụ trợ ở 600oC đi qua thiết bị truyền nhiệt để
nhƣờng nhiệt lƣợng cho khí thải ban đầu và sau đó ở 200oC nhờ quạt đẩy qua ống
khói thải vào khí quyển.
Thể tích thiết bị phản ứng (V, m3) và mức độ phân hủy NOx (, %) đƣợc tính
theo công thức:
= 38,75 - 0,055t
V = 22,4G100
KQCNO
Trong đó:
Q - lƣu lƣợng khí thải, (m3/h).
CNO - nồng độ NO trong khí thải, (% thể tích).
K - hệ số bằng 2,1 ÷2,2
G - vận tốc phân hủy NOx, (kmol/m3.h)
G = 0,2805 ÷0,66.10-3
t
t - nhiệt độ, (oC)
Lƣu lƣợng khí tự nhiên cần thiết Qk đƣợc tính theo công thức sau:
q
ΔHQtCQQCtCQKQ NONOvkkkkRRR1
k
Trong đó:
Q, QNO, Qkk - lƣu lƣợng khí thải, oxide nitrogen và không khí đi vào
thiết bị phản ứng, (m3/h).
QR - lƣu lƣợng khí ra khỏi thiết bị phản ứng, (m3/h).
CR, C, Ckk - nhiệt dung riêng khí ra, khí vào, không khí, (J/m3).
HNO - hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy, (J/m3).
q - nhiệt trị khí tự nhiên, (J/m3).
K1 - hệ số thất thoát nhiệt vào môi trƣờng xung quanh (K1 = 1,1 ÷1,2)
Khi xử lý một thể tích tƣơng đối nhỏ khí thải chứa NOx phƣơng pháp phân hủy
nhiệt độ cao NOx bởi chất khử đồng thể về mặt kinh tế có lợi hơn so với phƣơng
pháp xúc tác và kiềm. Với nhiệt độ trong cùng phản ứng 1000oC phƣơng pháp này
bảo đảm mức độ phân hủy NOx trong khí thải còn 0,05 ÷ 0,7% và sau khi phát tán
vào khí quyển qua ống khói cao 50m, bảo đảm nồng độ môi trƣờng xung quanh
thỏa mãn nồng độ cho phép.
Để xử lý một thể tích lớn khí thải với nồng độ NOx nhỏ chất khử có thể dùng là
khí ammoniac, khi đó cho phép giảm đáng kể nhiệt độ của quá trình phân hủy.
Ở nhiệt 30 ÷ 40oC diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt nhƣ sau:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 115 -
NH4 + H2O NH4OH
2NO2 + 2NH4OH NH4NO2 + NH4NO3 + H2O
N2O3 + 2NH2OH 2NH4NO2 + H2O
Sự đun nóng dòng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các acrosol nitric và nitrat
tạo thành các sản phẩm không độc.
NH3NO2 N2 + 2H2O
NH4NO3 N2 + 2H2O + ½ O2
Nitric amon phân rã mãnh liệt ở 70 ÷ 80o, còn nitrat amoni phân hủy ở nhiệt độ
230 ÷ 240oC. Nếu nồng độ NOx trong khí thải 0,4% (tt) và ammonia đƣợc nhập vào
với số lƣợng lớn theo phƣơng trình lƣợng hóa học thì mức độ phân hủy các muối ở
250oC là 98%, còn ở 300
oC là 100%.
Sử dụng cacbamit ở dạng dung dịch với nƣớc hoặc trong axit HNO3, H2PO4,
H3PO4 làm giảm nhiệt độ phân hủy. Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm
sạch không quá 80%.
Sử dụng dung dịch nƣớc – cacbamit:
NO2 + H2O HNO3 + HNO2
2HNO2 + CO(NH2)2 2N2 + CO2 + 3H2O
N2O3 + CO(NH2)2 2N2 + CO2 + 3H2O
Sử dụng dung dịch axit nitric - cacbamit:
NO + NO2 + HNO3 + 2CO(NH2)2 2N2 + NH4NO3 + 2CO + H2O
Cacbamit đƣợc dùng ở dạng bột hoặc phủ trên các chất mang xốp hay đƣợc ép
cùng với nó. Hiệu quả xử lý NOx có thể đạt 85 ÷ 99% và lớn hơn.
3.4.5 Giảm thiểu sự phát sinh khí NOx bằng cách điều chỉnh quá trình
cháy
Sự phát thải khí NOx trong quá trình đốt nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu
tố:
- Nhiệt độ cháy: đây là yếu tố quan trọng nhất của sự hình thành khí NOx trong
sản phẩm cháy. Nhiệt độ cháy càng cao thì nồng độ NOx trong sản phẩm cháy càng
lớn.
- Tỷ lệ nhiên liệu - không khí: hệ số thừa không khí càng lớn thì càng tạo điều
kiện cho nitơ của không khí cũng nhƣ nitơ của nhiên liệu kết hợp với oxy của không
khí để hình thành các oxít nitơ.
- Mức hoà trộn giữ nhiên liệu, không khí và sản phẩm cháy: nếu nhiên liệu và
không khí đƣợc hoà trộn sao cho phần lớn quá trình cháy xảy ra trong điều kiện
giàu nhiên liệu thì sự hình thành khí NOx sẽ đƣợc hạn chế. Ngoài ra hoà trộn một
phần sản phẩm cháy (khói) ngƣợc trở lại vào buồng đốt làm cho nhiệt độ cháy giảm
thấp và nhờ đó sự hình thành khí NOx cũng giảm theo.
- Cường độ hấp thu nhiệt của lò càng lớn tức nhiệt của quá trình cháy truyền
cho chất mang nhiệt (nƣớc, hơi) qua các bề mặt hấp thu nhiệt bức xạ, đối lƣu của lò
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 116 -
càng mạnh, càng nhanh thì đỉnh nhiệt độ của quá trình cháy càng giảm và sự hình
thành khí NOx cũng đƣợc hạn chế.
- Loại nhiên liệu: cùng một luợng nhiệt sản sinh ra nhƣ nhau thì thứ tự sắp xếp
các loại nhiệu liệu phát thải khí NOx từ nhiều đến ít là: than, dầu, khí đốt.
Dựa vào các yếu tố ảnh hƣởng trên đối với sự hình thành khí NOx của quá trình
cháy, ngƣời ta có thể đề ra một số giải pháp sau nhằm giảm thiểu mức độ phát thải
khí NOx. Đây là phƣơng pháp kinh tế nhất, giải quyết vấn đề từ gốc.
Hạ thấp hệ số thừa không khí:
Cấp khí cho quá trình cháy sát với tỉ lệ tính toán về nhu cầu oxy theo các
phƣơng trình phản ứng cháy của các thành phần cháy trong nhiên liệu, từ đó hạn
chế đƣợc lƣợng oxy thừa có khả năng kết hợp với nitơ tạo thành NOx . Giải pháp
này đã đƣợc áp dụng cho nhiên liệu dầu và khí đốt.
Tổ chức quá trình cháy hai giai đoạn:
Đầu tiên cấp không khí dƣới mức nhu cầu tính toán đối với nhiên liệu dầu và
khí trong buồng đốt, sau đó cấp không khí bổ sung ở nhiệt độ ở nhiệt độ thấp hơn
để phần nhiên liệu chƣa cháy hết cũng nhƣ sản phẩm cháy hạ bớt nhiệt độ trƣớc khi
cháy tiếp đến hoàn toàn. Nhƣ vậy sẽ tránh đƣợc sự tiếp xúc của nitơ và oxy ở vùng
nhiệt độ cao và phần lớn quá trình cháy sẽ xảy ra trong điều kiện giàu nhiên liệu.
Tuần hoàn sản phẩm cháy
Một phần sản phẩm cháy (10 ÷20%) đƣợc tuần hoàn trở lại vùng ngọn lửa với
mục đích hạ thấp nhiệt độ ngọn lửa và giảm bớt lƣợng oxy thừa. Có thể thực hiện
giải pháp này bằng cách thổi hỗn hợp không khí ÷sản phẩm cháy vào buồng đốt
theo tỉ lệ thích hợp.
Ngoài các giải pháp nêu trên, vấn đề cấu tạo buồng đốt cũng đóng vai trò quan
trọng trong việc hạn chế phát sinh khí NOx. Khi bố trí vòi đốt theo phƣơng tiếp
tuyến xiên góc với thành lò, sản phẩm cháy sẽ chuyển động xoáy ốc từ dƣới lên trên
tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu hoà trộn đều đặn, nhờ đó sự phân bố nhiệt
độ vƣợt qua giới hạn hình thành khí NOx. Ngƣợc lại, khi bố trí vòi đốt theo phƣơng
trực giao với thành lò, khí nóng có xu hƣớng tập trung vào giữa của buồng đốt, do
đó nhiệt độ ngọn lửa có xu hƣớng tập trung vào vùng giữa của buồng đốt, do đó
nhiệt độ ngọn lửa ở đó tăng cao và khí NOx có điều kiện hình thành nhiều hơn.
3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ FLO VÀ HỢP CHẤT CỦA FLO.
Nhiều hợp chất của flo nhƣ: Hydroflorua (HF), silic tetraflorua (SiF4), axit
hexaflosilixic (H2SiF6) đƣợc tìm thấy nhiều trong khói thải của ngành công nghiệp
sản xuất phân supephotphat, quá trình nấu nhôm, điện phân nhôm.
Flo và hợp chất của nó rất độc hại, nồng độ trung bình ngày đêm cho phép của
HF trong không khí xung quanh là 5 µg/cm3 (TCVN 5938 – 2005). Do đó việc xử
lý flo và các hợp chất của nó là hết sức cần thiết.
3.5.1 Hấp thụ khí florua bằng nƣớc.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 117 -
Florua rất dễ tan trong nƣớc, do đó dùng nƣớc để hấp thụ florua có thể đảm bảo
giảm nồng độ florua trong khí thải xuống dƣới mức cho phép.
Các dạng thiết bị hấp thụ nhƣ tháp rửa khí tƣới nƣớc cùng chiều hoặc ngƣợc
chiều, có lớp đệm hoặc không lớp đệm.
Một dạng thiết bị rửa khí khác rất dễ chế tạo là loại buồng phun ngang trong đó
có các tấm lƣới bằng sợi thuỷ tinh đƣợc tƣới nƣớc. Buồng phun đƣợc chia làm
nhiều phân đoạn, các phân đoạn đƣợc ngăn cách nahu bằng tấm chắn nƣớc.
Số liệu thực tế của hệ thống rửa khí florua bằng nƣớc cho biết: khi nồng độ HF
ban đầu trong khí thải là 850 mg/m3, cƣờng độ tƣới 2l/m
3, hiệu quả của hệ thống đạt
đƣợc là 98% (nhiệt độ đầu vào 300oC, nhiệt độ đầu ra là 70
oC).
Nƣớc ra từ thấp hấp thụ có chứa axit có thể dùng nƣớc vôi để trung hoà trƣớc
khi xả ra ngoài.
3.5.2 Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH.
Khi trong khí thải có chứa flo dạng khí thì không thể dùng nƣớc để hấp thụ
đƣợc vì không phải lúc nào flo cũng chịu tác dụng với nƣớc, hơn nữa hệ thống có
thể hình thành hỗn hợp gây cháy nổ. Trong trƣờng hợp đó chất hấp thụ thích hợp là
dung dịch NaOH 5 ÷ 10%.
Phản ứng giữa flo, hydroflorua với NaOH xảy ra nhƣ sau:
F2 + 2NaOH = 2NaF + ½ O2 + H2O
HF + NaOH = NaF + H2O
Natri florua thu đƣợc từ các phản ứng trên ít hoá tan trong dung dịch kiềm, dễ
gây tắc lớp đệm trong thiết bị hấp thụ. Ngoài ra, natri florua là chất độc hại, không
thể thải trực tiếp ra ngoài đƣợc. Để giải quyết vấn đề này, đồng thời để hoàn nguyên
dung dịch NaOH, ngƣời ta dùng vôi tôi CaO. Phản ứng hoàn nguyên là:
2NaF + CaO + H2O = CaF2 + 2NaOH
hoặc 2NaF + Ca(OH)2 = CaF2 + 2NaOH
Hình 3.34: Sơ đồ hệ thống xử lý Flo bằng NaOH
1- Tháp hấp thụ; 2 – Bể hoàn nguyên; 3 – Bể lắng; 4- Bộ trao đổi nhiệt
Vôi thừa, CaF2
Sữ
a v
ôi
NaO
H 2
5%
NaOH 5 ÷ 10%
Dung dịch NaF
2 Khí vào
Khí sạch
1
3
4
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 118 -
Khí thải chứa flo và hydro florua đi vào tháp hấp thụ 1và đƣợc tƣới dung dịch
NaOH 5 ÷ 10% qua vòi tƣới . Khí sạch theo ống thải thoát ra ngoài. Dung dịch từ
tháp hấp thụ chảy ra đƣợc bơm vào bể hoàn nguyên 2 để hoà trộn với sữa vôi bơm
từ bể chứa vôi lên, tại đó xảy ra phản ứng hoàn nguyên với điều kiện đƣợc khuấy
đều. Hỗn hợp ở bể 2 chảy vào bể 3 để lắng trong, phần cặn lắng xuống đáy bể có
canxi florua và vôi còn thừa. Phần dung dịch đã lắng trong của bể 3 đƣợc bơm lên
tƣới trở lại vào tháp hấp thụ. Các bộ trao đổi nhiệt 4 có tác dụng khống chế nhiệt độ
dung dịch tƣới nằm trong khoảng 38 ÷ 65oC.
Sữa vôi đƣợc chuẩn bị bằng cách bổ sung vôi cục hoặc vôi đã tôi từ thùng chứa
qua băng tải vào bể ngâm vôi.
Dung dịch NaOH ban đầu có nồng độ 50% đƣợc bơm vào bể chứa, ở đó đƣợc
pha thêm nƣớc để đƣợc nồng độ 25% và bổ sung vào bể lắng 3 theo nhu cầu. Khi
cặn bùn trong bể lắng 3 đã tích tụ nhiều, phần dung dịch trong bên trên đƣợc bơm
lên thùng phân ly, còn cặn bùn đƣợc hút thải ra ngoài.
Nồng độ của dung dịch NaOH tƣới vào tháp không đƣợc thấp hơn 2%, bởi vì
lúc đó sẽ hình thành điflo oxit (F2O) rất độc. Ngoài ra, nếu thời gian tiếp xúc giữa
khí thải và dung dịch hấp thụ quá ngắn (1 giây) thì hiện tƣợng phát sinh F2O cũng
xảy ra. Do đó hệ htống hấp thụ phải đƣợc thiết kế với thời gian tiếp xúc tƣơng đối
dài để tránh hiện tƣợng trên và các phản ứng giữa flo và NaOH mới xảy ra hoàn
toàn.
3.6 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CLO.
Khí clo đƣợc sinh ra từ một số nhà máy hóa chất nhƣ: nhà máy sản xuất clo,
clorua vôi, axit clohyđric, các hợp chất vô cơ và hữu cơ của clo, magie v.v…
Có hai phƣơng pháp chính để khử clo là: phƣơng pháp dùng sữa vôi và phƣơng
pháp dùng sunfua đioxit.
3.6.1 Khử khí clo bằng sữa vôi.
Cơ sở của phƣơng pháp dùng sữa vôi để khử clo là cho clo phản ứng với vôi tôi
Ca(OH)2 nhƣ sau:
Giai đọan một:
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2O
Phản ứng trên xảy ra trong điều kiện môi trƣờng kiềm (có đầy đủ vôi) và cho ra
các chất canxi hypoclorit, canxi clorua và nƣớc.
Giai đọan hai: bắt đầu khi vôi đã tác dụng hết với clo mà clo vẫn tiếp tục đƣợc
bổ sung vào quá trình, lúc đó ta sẽ có:
Cl2 + H2O = HCl + HclO
Ca(OCl)2 + 4HClO = Ca(ClO3)2 + 4 HCl
2Ca(OCl)2 + 4HCl = 2CaCl2 + 4HclO
Nhƣ vậy trong điều kiện bình thƣờng, khi cung cấp thừa một lƣợng nhất định
chất kiềm thì quá trình chỉ diễn ra theo giai đọan một.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 119 -
Khi trong khí thải có chứa CO2 và HCl, ta sẽ có các phản ứng kèm theo sau đây:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Và Ca(OH)2 + 2HCl = 2CaCl2 + 2H2O
Chất canxi hypoclorit thu đƣợc của quá trình khử clo theo giai đọan một cần
đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra ngoài để tránh gây độc hại cho môi trƣờng xung quanh.
Có thể phân giải canxi hypoclorit bằng xúc tác ở nhiệt độ 70 ÷ 80oC. Chất xúc tác là
hỗn hợp trong nƣớc của các muối sunfat của 3 kim loại: niken, đồng và sắt theo tỉ lệ
1:1:3. Kết quả thu đƣợc là:
Ca(OCl)2 → CaCl2 + O2
Khí thải sau khi đƣợc làm nguội đến nhiệt độ 70oC đi vào tháp hấp thụ 1 đƣợc
tƣới bằng dung dịch sữa vôi, ở đó các chất khí clo, HCl và CO2 bị sữa vôi hấp thụ,
đồng thời khí đƣợc làm nguội đến nhiệt độ 30 ÷ 40oC. Khí sạch đi qua bộ phận chắn
nƣớc 2 rồi thoát ra ngoài. Để lớp đệm của thiết bị hấp thụ cũng nhƣ tấm chắn nƣớc
không bị đóng cặn, ngƣời ta bố trí hệ thống cấp nƣớc để giội rửa định kỳ.
Dung dịch sữa vôi đã sử dụng từ thấp hấp thụ 1 chảy vào bể tuần hoàn 3, phần
cặn lắng xuống dƣới, còn phần lắng trong ở bên trên đƣợc bơm lên tƣới trở lại cho
tháp hấp thụ 1. Một phần dung dịch từ bể 3 đƣa qua bể phân hủy 4, ở đó đƣợc cấp
hỗn hợp xúc tác qua bộ phận khống chế liều lƣợng 5, sau đó dung dịch từ bể 4 đƣợc
Hình 3.35: Sơ đồ hệ thống xử lý Clo bằng sữa vôi
1- Tháp hấp thụ; 2 – Tấm chắn giọt chất lỏng; 3 – Bể tuần hoàn; 4- bể phân
hủy ,5 – Bộ phận điều chỉnh lƣu lƣợng xúc tác; 6 – Tháp xử lý nhiệt
Khí vào
Khí sạch
Vôi
mớ
i
Dung d
ịch x
úc
tác
5
Hơi nƣớc
Chất thải
Nƣớc giội định kì H2O, O2
1
2
3 4
6
9
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 120 -
bơm vào tháp xử lý nhiệt 6 để thực hiện quá trình phân hủy hypoclorit trƣớc khi thải
ra ngoài.
Sữa vôi mới với nồng độ 150g/l CaO đƣợc bổ sung định kỳ vào bể tuần hoàn 3
để bù lại số dung dịch thải ra ngoài. Qua 1trình phân hủy canxi hypoclorit phải kéo
dài 45 ÷ 90 phút.
Theo số liệu thực tế của Viện nghiên cứu Làm sạch khí của Liên Xô cũ, phƣơng
pháp trên cho hiệu quả xử lý 95 ÷ 98%.
Ưu điểm:
- Đơn giản
- Nguyên liệu có sẳn
- Rẻ tiền
Nhược điểm:
- Sự hình thành canxi hypoclorit trong dung dịch sữa vôi đòi hỏi phải xử lý
trƣớc khi thải ra cống rãnh.
- Tiêu hao nhiều sữa vôi nhất là khi trong khí thải chứa nhiều CO2.
3.6.2 Xử lý khí clo theo phƣơng pháp axit.
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng khi trong khí thải ngoài clo ra còn chứa nhiều
khí sunfua đioxit. Quá trình xử lý đƣợc thể hiện bằng các phản ứng sau:
SO2 + H2O = H2SO3
H2SO3 + Cl2 + H2O = H2SO4 + 2HCl
Phƣơng pháp axit cho khả năng khử đồng thời clo và SO2, kết quả thu đƣợc là
HCl 10 ÷ 15% có thể tận dụng cho nhiều mục đích khác trong công nghiệp.
Một dạng tƣơng tự của phƣơng pháp axit đƣợc áp dụng để xử lý khí thải từ lò
điện kiểu đứng của nhà máy sản xuất magie nhƣ sau:
Khí thải chứa HCl và SO2 nồng độ trung bình khỏang 1.3% theo thể tích, bụi
với nồng độ 15 g/m3 gồm các clorua canxi, natri và magie. Khí thải ở nhiệt độ
200oC đi vào hệ thống hấp thụ. Tháp hấp thụ đầu tiên đƣợc tƣới bằng dung dịch axit
clohydric loãng theo sơ đồ tuần hoàn, ở đó chủ yếu là khử đƣợc bụi và hạ nhiệt độ
xuống khỏang 65oC. Tiếp theo khí sẽ đi vào tháp hấp thụ thứ 2 tƣới bằng dung dịch
axit clohydric 9.7%, tại đây 97% HCl trong khí thải đƣợc khử, nhiệt độ giảm xuống
còn 55 ÷ 56oC. Sau đó khí đi qua bộ phận tách giọt nƣớc rồi thoát ra ngoài. Trong
quá trình tƣới, axit clohydric sẽ đậm đặc đến nồng độ 10% hoàn, tại đó axit đƣợc
lọc cặn bẩn và pha thêm nƣớc với tỉ lệ thích hợp để bơm lên tƣới trở lại cho các
tháp hấp thụ.
Một phần axit HCl thừa thi đƣợc có nồng độ 10% có thể đƣợc trữ lại nhƣ sản
phẩm của hệ thống để cung cấp cho các nơi tiêu thụ.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 121 -
3.7 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI
3.7.1 Khái niệm chung về mùi và các chất có mùi
Trong các loại ô nhiễm không khí có lẻ ô nhiễm mùi là vấn đề phức tạp nhất bởi
vì mùi là hiện tƣợng mang bản chất vừa vật lý, vừa hoá học và cả sinh học.
a. Đặc điểm của các chất gây mùi:
- Dễ bay hơi
- Dễ bị hấp thụ vào bề mặt nhạy cảm của biểu mô khứu giác.
- Thông thƣờng không có mặt trong vùng biểu mô khứu giác. Điều này có
nghĩa là các biểu mô khứu giác không thƣờng xuyên tiếp xúc với chất có mùi, để
khi phân tử của chất ấy thâm nhập vào mũi là biểu mô khứu giác có những thay đổi
một các tƣơng ứng và chính sự thay đổi đó gây ra sự cảm nhận mùi. Nhiều nhà
nghiên cứu thừa nhận rằng mùi không những phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của vật
chất mà còn phụ thuộc vào sự thu nhận mùi của tế bào khứu giác cửa từng cá nhân
con ngƣời. Điều đó giải thích đƣợc thái độ, mức độ phản ứng nhiều lúc rất khác
nhau của từng cá nhân đối với một loại chất có mùi cụ thể nào đó ứng với một nồng
độ nhất định nào đó của nó trong không khí.
- Một số nguyên tắc chính mà Moncrieff đã xác định đƣợc về mối quan hệ
giữa thành phần hoá học, cấu trúc phân tử của chất có mùi với mùi của nó:
- Mùi mạnh luôn gắn liền với tính chất dễ bay hơi và hoạt tính hoá học cũng
nhƣ độ không bão hoà của chất có mùi.
- Yếu tố chính tạo ra mùi là cấu trúc phân tử của vật chất.
- Các chất có cấu trúc mạch vòng thì số lƣợng mạch vòng xác định mùi của
chúng:
Số vòng 5 ÷ 6: Mùi thơm gắt của hạnh đào.
Số vòng 6 ÷ 9: Mùi thay đổi.
Số vòng 9 ÷ 12: Mùi long não hoặc mùi bạc hà.
Số vòng 13: Mùi gỗ mục hoặc xác thối
Số vòng 14 ÷ 16: Mùi xạ hƣơng và mùi đào
Số vòng 17 ÷ 18: Mùi xạ hƣơng mạnh
Số vòng lớn hơn 18: Mùi rất mờ nhạt hoặc không mùi.
b. Kỹ thuật đo mùi:
Cơ quan khứu giác của con ngƣới với sự trợ giúp của các thiết bị chuyện dùng
thích hợp đƣợc hoạt động theo một qui trình nhất định là cơ sở để đánh giá mùi phát
ra từ một chất có mùi nào đó. Thông thƣờng việc đánh giá mùi đƣợc tiến hành bởi
một nhóm chuyên gia gồm 2 ÷15 ngƣời có kinh nghiệm trong lĩnh vực này khi họ
tiếp xúc với chất có mùi ở nồng độ nhất định điều chỉnh trong không khí.
Các thông số cần đo của mùi là:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 122 -
- Nồng độ nhận biết của chất có mùi trong không khí: giới hạn thấp nhất của
nồng độ chất có mùi trong không khí mà mũi ngƣời ta có thể nhận biết sự hiện diện
của nó trong môi trƣờng xung quanh.
- Xác định loại và cƣờng độ mạnh yếu của mùi trong không khí
Thông số thứ nhất chủ yếu liên quan đến mùi của một chất duy nhất (đơn giản,
không pha trộn), còn thông số thứ hai có thể là mùi của nhiều chất có mùi cùng toả
ra và gây cảm giác nhƣ mùi của một chất duy nhất.
Có bốn đặc điểm của cảm nhận khứu giác đƣợc áp dụng để xác định mùi đó là:
Cƣờng độ mùi: độ mạnh yếu của phản xạ khứu giác.
Độ lan toả của mùi: sự thay đổi cƣờng độ mùi.
Chất lƣợng mùi: tƣơng tự nhƣ cảm giác mùi, bản chất hoá học, đặc tính của
chất có mùi, thể loại mùi.
Thái độ, ý kiến tiếp nhận: mức độ ƣa thích hoặc không ƣa thích, dễ chịu hoặc
khó chịuđối với mùi nào đó.
Tổng hợp các đặc điểm trên, cảm nhận khứu giác có thể đƣợc đánh giá theo
thang điểmmang tính chất chủ quan tƣơng đối do một nhóm các chuyên gia ngửi
mùi cho điểm. có nhiều loại thang điểm khác nhau, bảng trình bày dƣới đây là một
loại thang điểm từ điểm 0 đến điểm 4 ứng với 6 mức cảm giác mùi khác nhau từ
thấp đến cao:
Mức cƣờng độ mùi P Cảm giác khứu giác
0
½
1
2
3
4
Không nhận biết
Ngƣỡng nhận biết (nhận biết rất mờ nhạt)
Nhận biết mờ nhạt
Nhận biết dễ dàng
Mùi mạnh
Không chịu đựng nổi
Mức độ cƣờng độ mùi của một chất nào đó tƣơng ứng với một trị số nồng độ
nhất địnhcủa nó trong không khí tính theo ppm hoặc mg/m3.
Để xác định mức cƣờng độ mùi và nồng độ tƣơng ứng của chất có mùi, ngƣới ta
chế tạo ra nhiều loại dụng cụ đo khác nhau.
Nồng độ nhận biết của mùi có thể thay đổi từ 30 ÷50% đối với những ngƣời
quan sát khác nhau, do đó cần tiến hành đo mùi bởi một nhóm nhiều chuyên gia
quan sát lặp đi lặp lại nhiều lần và lấy kết quả trung bình.
Thời gian tiếp xúc cũng làm thay đổi cảm giác mùi. Thông thƣờng từ một nơi
trong làm bƣớc vào phòng kín hoặc khu vực sản xuất ta cảm thấy có một cái mùi lạ
nào đó nhƣng sau một thời gian ngắn ta không còn cảm nhận đƣợc mùi đó nữa. Đó
là do khứu giác của ta đã không nhạy cảm với mùi đó nửa, hay nói cách khác là ta
quen mùi.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 123 -
Nhiệt độ và độ ẩm của không khí xung quanh cũng làm ảnh hƣởng đến khả
năng nhận biết mùi của khứu giác. Nhiệt độ tăng thì làm cho cảm giác về mùi cũng
tăng.
c. Các phương pháp xử lý ô nhiễm mùi:
Có hai hƣớng chính để giải quyết vấn đề ô nhiễm mùi:
- Một là: giảm thiểu nồng độ phát thải chất có mùi để cho mùi của nó bớt đậm
đặc và do đó ít gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng xung quanh. Mùi đƣợc xử lý
bằng cách giảm thiểu lƣợng phát thải từ nguồn, pha loãng khí có mùi bằng quá trình
khuếch tán trong khí quyển, khử chất có mùi trong khí thải bằng hấp thụ, hấp phụ,
oxy hoá, sinh học hoặc biến đổi hoá học chất có mùi khó chịu thành chất ít toả mùi
hơn.
- Hai là: làm thay đổi hoặc nguỵ trang chất lƣợng của mùi để mùi toả ra đƣợc
dễ chịu hơn, đƣợc ngƣời dân chấp nhận. Mùi gốc ban đầu đƣợc nguỵ trang bằng
cách trộn thêm chất có mùi mạnh hơn nhƣng dễ chịu hơn để át bớt mùi khó chịu của
khí thải với điều kiện chất hoà trộn không có phản ứng hoá học với các chất có mặt
trong khí thải để tạo thành những hợp chất mới gây phức tạp hơn cho vấn đề ô
nhiễm môi trƣờng.
3.7.2 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trƣờng bên trong nhà
Trong nhà ở và nhà công cộng nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là bếp nấu thức ăn
và khu vệ sinh.
Biện pháp chống mùi trong trƣờng hợp này là tổ chức thông gió tốt cho khu
phụ. Đối với bếp ăn cần lắp đặt hệ thống hút cục bộ bên trên bếp đun, nếu cần có
thể lắp đặt thiết bị khử mùi bằng than hoạt tính trên hệ thống hút cục bộ để không
gây ảnh hƣởng cho khu vực bên ngoài. Còn khu vệ sinh thì lắp đặt hệ thống hút
chung và thải ra ngoài ở độ cao thích hợp cách xa các công trình lân cận.
Đối với nhà cao tầng hệ thống hút cục bộ cho khu phụ cần đƣợc tổ chức theo
phƣơng đứng, tức là miệng hút cục bộ từ các tầng đƣợc nối vào ống góp đứng dẫn
lên mái và thải ra ngoài ở độ cao thích hợp bằng sức hút tự nhiên hay cơ khí (quạt
hút)
Lƣu lƣợng không khí cần hút để thông gió cho khu phụ thƣờng đƣợc xác định
theo bội số trao đổi không khí m, tức thể tích không khí cần hút thải ra ngoài trong
đơn vị thời gian gấp m lần thể tích căn phòng.
Đối với nhà công nghiệp, biện pháp thông gió hút thải cục bộ cho từng thiết bị
công nghiệp có toả mùi là biện pháp hữu hiệu và hợp lý nhất cũng giống nhƣ hút
cục bộ đối với nguồn thải bụi và khí độc hại khác: tủ hút, chụp hút, miệng hút trên
thành bể chứa chất độc hại kể cả mùi... Song song với biện php ht thải cục bộ, trong
công nghiệp thƣờng đƣợc bố trí hệ thống thông gió thổi cục bộ hoặc thổi chung để
cấp không khí sạch nhằm pha loãng nồng độ các loại hơi khí có mùi, độc hại còn lại
trong phòng xuống đến giới hạn cho phép.
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 124 -
3.7.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp thụ
Dùng nƣớc để hấp thụ khí có mùi là biện pháp đơn giản, ít tốn kém. Tuy nhiên
độ hoà tan của các chất khí cần khử trong nƣớc ở điều kiện bình thƣờng là không
cao, do đó hiệu quả của quá trình hấp thụ bằng nƣớc là khá thấp. Thông thƣờng,
nồng độ ban đầu của các chất khí có mùi trong khí thải là tƣơng đối thấp và nồng độ
cuối sau xử lý phải rất thấp để đáp ứng yêu cầu về môi trƣờng, do đó việc dùng
nƣớc để hấp thụ các chất có mùi trong nhiều trƣờng hợp không đáp ứng đƣợc yêu
cầu đề ra .
Ngƣời ta có thể dúng các loại dung dịch khác nhau để tƣới trong các thiết bị rửa
khí nhƣ buồng phun, tháp rửa có lớp đệm, tháp sủi bọt… để khử các chất có mùi. Ví
dụ nhƣ để khử khí H2S ta dùng dung dịch natri cacbonat, amoni cacbonat, kali
photphat…
Cần lƣu ý rằng các chất có mùi có thể ngấm vào bụi hoặc liên kết với bụi trong
khí thải và khi dùng nƣớc hoặc dung dịch để rửa khí thì hiệu quả khử mùi cũng
phần nào đƣợc nâng cao vì các tháp rửa khí có tác dụng khử cả khí lẫn bụi. Ngoài ra
nếu nhiệt độ chất lỏng đủ thấp, khí có mùi có thể ngƣng tụ trên bề mặt các chất lỏng
và do đó bị loại khỏi khí thải.
3.7.4 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp phụ
Dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ khác nhƣ silicagel, alumogelv.v…để
khử mùi là phƣơng pháp đơn giản, thuận tiện và cho hiệu quả khử cao đối với nhiều
loại chất có mùi khác nhau. Đặc biệt là than hoạt tính đƣợc sử dụng rất phổ biến cho
những trƣờng hợp sau:
- Khử mùi đối với khí thải trƣớc khi xả ra bầu khí quyển.
- Khử mùi đối với không khí ngoài trời trong các hệ thống thông gió thổi vào
để cấp không khí trong sạch theo yêu cầu vệ sinh cho gian phòng, phân xƣởng sản
xuất.
- Khử mùi đối với không khí tuần hoàn: trong các hệ thống điều hoà không khí
hoặc sƣởi ấm bằng gió nóng, để tiết kiệm nhiệt (lạnh) ngƣời ta áp dụng phƣơng
pháp tuần hoàn một phần không khí đó thổi vô phòng, lúc đó nếu trong phòng có
nguồn toả mùi thì cần phải khử mùi đối với không khí tuần hoàn trƣớc khi sử dụng.
Trong nhà ở, trên bếp đun thức ăn cũng thƣờng đƣợc áp dụng phƣơng pháp khử
mùi bằng than hoạt tính theo nguyên tắc tuần hoàn, không khí trên bếp đƣợc hút qua
bộ phận khử mùi bằng than hoạt tính rồi thổi trở lại vào phòng.
3.7.5 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt
Khử mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt đƣợc áp dụng rộng rãi khi trong khí thải
có chứa các chất hữu cơ có mùi với nồng độ cao. Có thể đốt trực tiếp hoặc đốt có
xúc tác. Trƣờng hợp đốt trực tiếp cần đảm bảo nhiệt độ trong phạm vi 600 ÷800oC
và dùng khí đốt thiên nhiên để đốt. Trƣờng hợp đốt có xúc tác, nhiệt độ cần duy trì
ở mức 250 ÷ 450oC
Phản ứng cháy của một số chất có mùi và dễ bay hơi nhƣ sau:
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 125 -
2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2
2C6H6 + 15O2 = 6H2O + 12CO2
4(CH3)3N + 25O2 = 18H2O + 4NO + 12CO2
CH3SH H2O + SO2 + CO2
Sản phẩm của quá trình oxi hóa các chất có mùi phần lớn là nƣớc và CO2.
Ngoài ra, ở một số trƣờng hợp còn có thể có SO2, NOx v.v.. Tóm lại quá trình oxi
hóa biến những chất có mùi và rất độc hại thành những chất không hoặc ít độc hại
và mùi cũng bớt khó chịu hơn.
Ngòai các phƣơng pháp xử lý mùi trên, ngƣời ta còn sử dụng các phƣơng pháp
xử lý mùi khác nhƣ xử lý mùi bằng phƣơng pháp sinh học, quá trình ngƣng tụ,
phƣơng pháp pha loãng – khuếch tán hay ngụy trang mùi.
Oxy hóa có xúc tác
Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải
- 126 -
Tài Liệu Tham Khảo
1. Trần Ngọc Chấn, 2001, Ô Nhiễm Không Khí & Xử Lý Khí Thải, tập 1
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.
2. Trần Ngọc Chấn, 2001, Ô Nhiễm Không Khí & Xử Lý Khí Thải, tập 2
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.
3. Trần Ngọc Chấn, 2001, Ô Nhiễm Không Khí & Xử Lý Khí Thải, tập 3
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.
4. Hoàng Kim Cơ, Lọc bụi và làm sạch khí thải, NXB Khoa Học và Kỹ
Thuật.
5. Lê Văn Cát, (2002). Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và
nước thải. Nhà xuất bản Thống Kê.
6. Http:/www.Alumia actived.htm.
7. Http:/www.bojistones.com