Chủ đề:XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DẠNG HẠT KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NHIỆT THỪA... DANH SÁCH BẢNGBảng 2.2 Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống lọc bụi tĩnh điện 6 B
XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG HẠT (KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI) 2 2.1 Giới thiệu về ô nhiễm không khí dạng hạt
Định nghĩa và đặc điểm của ô nhiễm không khí dạng hạt
Chất dạng hạt (PM) là những hạt nhỏ, có thể ở thể rắn hoặc lỏng, lơ lửng trong không khí và được tạo ra từ nhiều nguồn khác nhau như cacbon, sunfua, khí nitơ và hợp chất kim loại Các hạt nhỏ hơn thường được xem là có hại cho sức khỏe hơn so với các hạt lớn, vì chúng có khả năng xâm nhập sâu vào khí quản và phổi.
Kích thước nhỏ, khó nhìn thấy bằng mắt thường.
Nguồn gốc đa dạng, khả năng phân tán rộng.
Thời gian tồn tại lâu trong không khí.
Có hại cho môi trường và sức khoẻ con người.
Phân loại
PM10 (Particulate Matter 10 micrometres): Là dạng hạt có kích thước đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10 micrometres.
PM2.5 (Particulate Matter 2.5 micrometres): Là dạng hạt có kích thước đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2.5 micrometres; kích thước nhỏ nên dễ xâm nhập vào phổi, máu,
PM1 là loại hạt siêu mịn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 1 micromet, với kích thước nhỏ giúp chúng dễ dàng xâm nhập sâu vào cơ thể Những hạt này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến các cơ quan và hệ thống trong cơ thể.
Nguồn gốc ô nhiễm không khí dạng hạt
Bão cát, cháy rừng, hoạt động núi lửa, phấn hoa, bào tử vi khuẩn và nấm mốc.
Hoạt động công nghiệp, giao thông, xây dựng và việc đốt nhiên liệu hóa thạch như than, dầu, khí đốt, cùng với xe cộ, đặc biệt là động cơ diesel, đều góp phần thải ra lượng lớn bụi mịn.
Tác động của ô nhiễm không khí dạng hạt
2.1.4.1 Đối với sức khỏe con người:
Bụi mịn khi hít vào phổi có thể gây viêm nhiễm, hen suyễn, viêm phế quản, hoặc làm suy giảm chức năng phổi.
PM2.5 và PM1 có thể thâm nhập vào máu, gây viêm và tăng nguy cơ đột quỵ, đau tim, và các bệnh tim mạch khác.
Gây ra các bệnh về thần kinh và suy giảm chức năng nhận thức.
Các hạt bụi mịn không chỉ nguy hiểm do kích thước nhỏ mà còn vì khả năng mang theo các chất độc hại như kim loại nặng, hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), dioxin và các chất hóa học gây ung thư Khi hít phải, những hạt này có thể tích tụ trong phổi và các cơ quan khác, làm tăng nguy cơ phát triển ung thư.
Giảm tầm nhìn và tạo ra hiện tượng mù khô (haze), gây ra hiện tượng sương mù quang hóa.
Suy giảm chất lượng môi trường đất và nước không chỉ gây hại cho hệ sinh thái thực vật mà còn ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu thông qua cơ chế hấp thụ và phản xạ ánh sáng mặt trời, dẫn đến sự hình thành mây.
Hiện trạng ô nhiễm không khí dạng hạt
Ô nhiễm không khí dạng hạt đang gia tăng nghiêm trọng trên toàn cầu, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường Bụi mịn PM2.5 và PM10 là những tác nhân chính gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch và dẫn đến tử vong sớm ở nhiều khu vực.
Mossel Bay, Nam Phi; Jiangguanchi, Trung Quốc; Hospet, Ấn Độ; Yakeshi, Trung Quốc; Cảng Elizabeth, Nam Phi; Cholula de Rivadabia, Mexico; Baoding, Trung Quốc; Huayin, Trung Quốc; Gaobeidian, Trung Quốc; Dingzhou, Trung Quốc.
Hình 2.1 Biểu đồ so sánh kết quả AQI của các thành phố lớn trên thế giới (cập nhật vào
(Nguồn: https://www.aqi.in/vi/real-time-most-polluted-city-ranking)
Nồng độ bụi mịn PM2.5 tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh thường xuyên vượt quá mức cho phép theo quy chuẩn Việt Nam và WHO, đặc biệt là trong mùa khô và các tháng mùa đông.
Hà Nội ghi nhận nồng độ PM2.5 trung bình trong những ngày cao điểm lên tới 150-200 µg/m³, cao gấp 6-8 lần mức cho phép của Việt Nam và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) Trong năm 2020, nồng độ PM2.5 trung bình của thành phố dao động từ 40-50 µg/m³, gấp 2-4 lần giới hạn an toàn của Việt Nam và WHO.
TP Hồ Chớ Minh: Nồng độ PM2.5 trung bỡnh cũng dao động từ 30-40 àg/m³, vượt quá mức giới hạn của Việt Nam và WHO.
Phú Ly, Sơn Tây, Hòa Bình, Bắc Ninh, Hà Nội, Long Biên, Hải Phòng, Vĩnh, Lạng Sơn, Lào Cai là những địa điểm nổi bật tại Việt Nam, mỗi nơi mang trong mình nét đẹp văn hóa và lịch sử riêng.
Hình 2.2 Biểu đồ so sánh kết quả AQI của các thành phố lớn tại Việt Nam (cập nhật vào
(Nguồn: https://www.aqi.in/vi/real-time-most-polluted-city-ranking)
Các quy chuẩn về chất lượng không khí trên thế giới
Các quốc gia phát triển thường thiết lập các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng không khí để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường Liên minh châu Âu (EU) và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) là hai tổ chức hàng đầu trong việc quy định và giám sát các tiêu chuẩn này, nhằm đảm bảo rằng mức độ ô nhiễm không khí được kiểm soát hiệu quả.
Kỳ (EPA) là những quy định điển hình:
EU: Tiờu chuẩn về PM2.5 là 25 àg/m³ trung bỡnh 24 giờ, và 10 àg/m³ trung bỡnh năm.
EPA (Mỹ): Mức giới hạn PM2.5 là 35 àg/m³ trung bỡnh 24 giờ và 12 àg/m³ trung bình năm.
Quy chuẩn mới nhất về chất lượng không khí tại Việt Nam, QCVN 05:2023/BTNMT, được ban hành vào tháng 3 năm 2023, quy định các giá trị giới hạn cho các thông số cơ bản và chất độc hại trong không khí xung quanh, bao gồm cả SO₂.
CO, NO₂, O₃, tổng bụi lơ lửng (TSP), bụi PM10 và PM2.5.
Cụ thể, giới hạn bụi mịn PM2.5 trong khụng khớ: trung bỡnh ngày: 50 àg/m³; trung bỡnh năm: 25 àg/m³
Với bụi PM10: trung bỡnh ngày: 150 àg/m³; trung bỡnh năm: 50 àg/m³
WHO khuyến nghị mức PM2.5 nờn là 15 àg/m³ trung bỡnh 24 giờ và 5 àg/m³ trung bình năm, nhưng nhiều quốc gia phát triển hiện chưa đạt được mức này.
Kỹ thuật xử lý bụi
2.2.1 Kỹ thuật xử lý bụi trong sinh hoạt:
Bảng 2.1 Các kỹ thuật xử lý bụi trong sinh hoạt
Sử dụng bộ lọc không khí
Lắp đặt máy lọc không khí có HEPA giúp loại bỏ bụi mịn và các chất ô nhiễm khác trong không khí.
Thông gió tự nhiên Mở cửa sổ và sử dụng quạt để lưu thông không khí, giúp giảm nồng độ bụi trong nhà.
Duy trì độ ẩm Sử dụng máy tạo độ ẩm để giữ không khí không quá khô, giúp bụi dễ bám vào bề mặt hơn.
Dọn dẹp thường xuyên Vệ sinh nhà cửa, hút bụi và lau chùi để loại bỏ bụi tích tụ.
Trồng cây xanh Một số loại cây có khả năng lọc không khí và giảm bụi.
Hạn chế nguồn phát bụi Giảm thiểu việc sử dụng các vật liệu tạo bụi, như thảm và đồ nội thất có bề mặt thô.
Để ngăn bụi từ bên ngoài xâm nhập vào không gian sống, bạn nên thực hiện các biện pháp che chắn hiệu quả, như lắp đặt cửa sổ và cửa ra vào kín đáo hoặc sử dụng rèm cửa.
2.2.2 Kỹ thuật xử lý bụi trong công nghiệp:
2.2.2.1 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện:
Lọc bụi tĩnh điện là hệ thống sử dụng nguyên lý ion hóa để loại bỏ bụi khỏi không khí Khi không khí đi qua vùng có điện trường mạnh, các hạt bụi nhỏ sẽ được tách ra, đảm bảo không khí sạch hơn khi đi qua buồng lọc.
2.2.2.1.a Cấu tạo và các loại thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Gồm các thành phần chính sau:
(6) Bộ phận thu gom bụi
Hình 2.3 Cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Các loại thiết bị lọc bụi tĩnh điện:
Máy lọc không khí tĩnh điện: Dùng trong hộ gia đình, thường nhỏ gọn và dễ sử dụng.
Hệ thống lọc tĩnh điện công nghiệp: Sử dụng trong nhà máy, có khả năng xử lý lượng lớn bụi.
Thiết bị lọc tĩnh điện di động: Dễ dàng di chuyển, phù hợp cho các không gian nhỏ.
Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Tích điện: Bụi trong không khí được tích điện âm hoặc dương khi đi qua hệ thống.
Bẫy hạt: Các hạt bụi sau đó bị hút vào các điện cực có điện tích đối diện (dương hoặc âm), làm cho chúng bị giữ lại.
Tách bụi: Khi bụi đã bám vào các điện cực, nó có thể được thu gom hoặc làm sạch dễ dàng.
2.2.2.1.c Ưu điểm và nhược điểm
Bảng 2.2 Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống lọc bụi tĩnh điện Ưu điểm Nhược điểm
Máy có khả năng loại bỏ tới 99% hạt bụi siêu mịn và vi khuẩn, tuy nhiên, do kích thước lớn, việc lắp đặt, vận hành và bảo trì máy yêu cầu một không gian rộng rãi.
Chi phí vận hành thấp: Không cần thay thế bộ lọc thường xuyên, chỉ cần làm sạch định kỳ.
Giá bán hệ thống lọc tĩnh điện thường cao, đòi hỏi một nguồn vốn lớn để sở hữu Hệ thống này không tạo ra chất thải như một số loại khác, nhưng do kích thước lớn, chỉ có thể lắp đặt cố định Cấu trúc phức tạp của sản phẩm cũng gây khó khăn trong việc nâng cấp bên trong.
2.2.2.1.d Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý
Tính chất của khí thải: Nhiệt độ, nồng độ, áp suất, thành phần hóa học Điều kiện vận hành: Lưu lượng khí thải, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ.
Thiết kế hệ thống: Loại thiết bị, vật liệu chế tạo
Bảng 2.3 Ứng dụng của hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Ngành thực phẩm Các nhà máy chế biến thực phẩm như bánh kẹo, sữa, và thủy sản
Ngành dược phẩm Các nhà máy sản xuất thuốc và thiết bị y tế
Ngành công nghiệp chế biến gỗ Các xưởng sản xuất đồ nội thất
Công nghiệp hóa chất Các nhà máy sản xuất hóa chất và mỹ phẩm
Hệ thống HVAC Các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại
2.2.2.2 Hệ thống lọc bụi Cyclone:
Cyclone là thiết bị lọc bụi hình trụ tròn, trong đó hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi không khí.
Hình 2.5 Cấu tạo của hệ thống lọc bụi Cyclone
Công nghệ Cyclone mang lại khả năng hút bụi hiệu quả hơn cho máy hút bụi và các thiết bị tương tự, cho phép loại bỏ cả những hạt bụi nhỏ nhất Ngoài ra, công nghệ này còn giúp tăng độ bền cho thiết bị, vì không cần sử dụng bộ lọc giấy hay túi lọc, mà chỉ cần làm sạch hoặc thay thế bộ lọc bằng cách tháo ra và vệ sinh.
Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bụi Cyclone
Công nghiệp xi măng, gạch men: Tách bụi phát sinh trong quá trình sản xuất. Nhà máy chế biến gỗ: Tách bụi gỗ, mùn cưa.
Công nghiệp luyện kim: Tách bụi kim loại từ quá trình luyện.
Nhà máy nhiệt điện: Loại bỏ tro bụi từ quá trình đốt cháy nhiên liệu.
Hệ thống lọc bụi cyclone sử dụng lực ly tâm để tách các hạt bụi khỏi không khí Nguyên lý hoạt động của nó bao gồm các bước chính sau đây.
Dòng khí có chứa bụi được đưa vào buồng cyclone theo hướng xoáy tròn.
Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi (với khối lượng lớn hơn không khí) bị đẩy ra ngoài và tiếp xúc với thành của buồng cyclone.
Sau khi tiếp xúc với thành, các hạt bụi bị mất năng lượng và rơi xuống dưới theo lực trọng trường vào ngăn chứa bụi.
Khí sạch sau khi đã loại bỏ bụi sẽ thoát ra qua ống thoát khí ở phía trên.
2.2.2.2.c Ưu điểm và nhược điểm
Bảng 2.4 Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống lọc bụi Cyclone Ưu điểm Nhược điểm
Thiết kế đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
Hoạt động ổn định, ít phải bảo trì.
Khả năng xử lý bụi với hạt có kích thước lớn.
Hiệu quả lọc kém với bụi hạt mịn.
Không thích hợp cho những môi trường yêu cầu hiệu quả lọc rất cao.
2.2.2.2.d Ứng dụng trong công nghiệp
Bảng 2.5 Ứng dụng của hệ thống lọc bụi Cyclone
Công nghiệp sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng
Quá trình sản xuất xi măng Nhà máy gạch men và gốm sứ
Công nghiệp chế biến gỗ
Giải pháp phổ biến trong các nhà máy chế biến gỗ để thu hồi bụi gỗ, mùn cưa từ các quá trình cắt, mài, bào, hoặc đánh bóng.
Hệ thống này giúp tái sử dụng bụi gỗ, giảm ô nhiễm và nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu.
Công nghiệp thực phẩm và nông sản
Chế biến bột mì, ngũ cốc, thức ăn chăn nuôi Sản xuất thức ăn chăn nuôi
Công nghiệp hóa chất Sản xuất phân bón và hóa chất
Sản xuất cao su, nhựa, polymer
Công nghiệp luyện kim và đúc
Luyện kim Nhà máy đúc khuôn
Công nghiệp khai thác mỏ và chế biến khoáng sản
Khai thác và nghiền khoáng sản Vận chuyển và xử lý nguyên liệu
Nhà máy nhiệt điện và lò hơi công nghiệp
Giúp thu gom tro bay từ quá trình đốt than hoặc nhiên liệu khác
Lò hơi công nghiệp cũng sử dụng Cyclone để loại bỏ tro bụi trước khi thải khí ra ngoài không khí.
Trong sản xuất và xử lý nguyên liệu dược phẩm như bột thuốc và hóa chất, Cyclone đóng vai trò quan trọng trong việc lọc bụi, giúp duy trì môi trường sản xuất sạch sẽ và tuân thủ các quy định vệ sinh nghiêm ngặt.
2.2.2.3 Lọc bụi bằng phương pháp ướt
Phương pháp lọc bụi ướt sử dụng chất lỏng, thường là nước, để loại bỏ hạt bụi và ô nhiễm khỏi không khí Đây là một trong những kỹ thuật phổ biến trong việc xử lý khí thải và làm sạch không khí trong các ngành công nghiệp sản sinh bụi.
Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bụi bằng phương pháp ướt
Phương pháp lọc bụi ướt là một kỹ thuật hiệu quả, hoạt động bằng cách phun nước hoặc chất lỏng vào dòng khí có chứa bụi Khi các hạt bụi tiếp xúc với giọt nước hoặc màng chất lỏng, chúng sẽ bị giữ lại, hòa tan hoặc kết hợp với nước, từ đó tách biệt hoàn toàn khỏi dòng khí.
Quá trình lọc bụi ướt gồm các bước cơ bản:
Dòng khí chứa bụi được đưa vào buồng lọc, nơi nước hoặc chất lỏng được phun vào để tạo ra một môi trường ẩm.
Khi các hạt bụi tiếp xúc với nước, chúng kết dính và rơi xuống dưới do trọng lực hoặc bị nước cuốn theo.
Nước chứa bụi được thu gom và xử lý, còn dòng khí sạch sẽ được thải ra ngoài.
2.2.2.3.b Các loại thiết bị lọc bụi ướt:
Buồng phun (Spray Tower) là thiết bị xử lý khí thải hiệu quả, nơi khí thải chứa bụi được dẫn vào buồng Trong quá trình này, nước hoặc chất lỏng sẽ được phun từ trên xuống, tạo điều kiện cho các hạt bụi tiếp xúc với giọt nước và bị giữ lại, giúp làm sạch không khí.
Tháp rửa khí (Scrubber) là thiết bị xử lý khí, trong đó dòng khí được dẫn qua nhiều lớp tiếp xúc với nước hoặc dung dịch hấp thụ Thiết bị này có thể được kết hợp với các hệ thống cơ học nhằm nâng cao hiệu quả tách bụi, giúp cải thiện chất lượng không khí.
Cyclone ướt là một công nghệ tiên tiến kết hợp giữa hệ thống lọc bụi Cyclone và nước Trong quá trình hoạt động, khí chứa bụi đi qua buồng cyclone, nơi nước được phun vào để bắt giữ các hạt bụi Các hạt bụi sẽ bị đẩy vào thành buồng cyclone và hòa tan vào nước, giúp làm sạch không khí hiệu quả.
Thiết bị Venturi, hay còn gọi là Venturi Scrubber, hoạt động bằng cách cho dòng khí đi qua một ống hẹp Trong quá trình này, nước được phun vào dưới áp suất cao, giúp hạt bụi bám vào nước nhờ sự va chạm giữa dòng khí và nước trong khu vực hẹp.
2.2.2.3.c Ưu điểm và nhược điểm:
Bảng 2.6 Ưu và nhược điểm của của hệ thống lọc bụi bằng phương pháp ướt Ưu điểm Nhược điểm
Phương pháp lọc bụi ướt có khả năng lọc được các hạt bụi có kích thước rất nhỏ, thậm chí là các hạt bụi mịn (PM2.5 và PM10).
Quá trình lọc bụi ướt tạo ra nước thải chứa bụi và các chất ô nhiễm, cần phải xử lý trước khi thải ra môi trường.
Ngoài bụi, hệ thống này có thể xử lý cả các khí ô nhiễm như SO2, HCl, và các hợp chất hóa học khác.
Thiết bị lọc ướt tiếp xúc nhiều với nước và hóa chất có thể bị ăn mòn, đòi hỏi chi phí bảo trì cao.
Phương pháp lọc ướt cũng làm mát dòng khí, giúp giảm nhiệt độ khí thải ra môi trường.
Do yêu cầu sử dụng nước và xử lý nước thải, chi phí vận hành hệ thống lọc bụi ướt cao hơn so với một số phương pháp khác.
Phương pháp lọc bụi ướt được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp:
Bảng 2.7 Ứng dụng của hệ thống lọc bụi bằng phương pháp ướt
Công nghiệp hóa chất và dược phẩm Để xử lý khí thải chứa các hạt bụi hóa chất và các chất ô nhiễm dạng khí.
Nhà máy nhiệt điện Để lọc tro bụi và các hạt ô nhiễm sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu.
Nhà máy xi măng Xử lý bụi xi măng và khí thải từ quá trình sản xuất.
Công nghiệp chế biến gỗ Giảm lượng bụi gỗ trong không khí nhà máy.
Ngành luyện kim Loại bỏ các hạt kim loại và các hợp chất hóa học từ khí thải.
2.2.2.4 Lọc bụi bằng túi vải:
Phương pháp lọc bụi bằng túi vải là kỹ thuật hiệu quả trong việc loại bỏ bụi và hạt ô nhiễm từ khí thải trong các quy trình công nghiệp, sử dụng túi lọc được làm từ vật liệu vải.
Phương pháp lọc bụi bằng túi vải thường bao gồm các thành phần cấu tạo chính sau:
(1) Hệ thống ống dẫn khí: gồm hệ thống đường ống vào và hệ thống đường ống ra
(2) Bộ phận túi lọc: túi vải và khung túi
(3) Bộ phận thu gom bụi
(4) Hệ thống làm sạch túi: thiết bị rung giũ bụi hoặc thổi khí ngược
(5) Bộ phận quạt hoặc bơm
Hình 2.8 Cấu tạo của hệ thống lọc bụi túi vải
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bụi bằng túi vải
1 Khí thải đi qua túi vải: Khí thải có chứa bụi và tạp chất được thu gom bằng các hệ thống chụp hút, các cửa gió hút và hệ thống đường ống bởi một quạt hút với áp suất đủ lớn Dòng khí thải này đi vào khoang có chứa các túi lọc bụi.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NHIỆT THỪA
Giới thiệu về nhiệt thừa
Nhiệt thừa là tổng hợp các nguồn nhiệt phát sinh trong không gian cần điều hòa, mà hệ thống điều hòa không khí cần giải phóng ra bên ngoài để duy trì các thông số không khí ổn định trong giới hạn yêu cầu Vấn đề này đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, xây dựng và môi trường.
Quá trình công nghiệp: Các phản ứng hóa học, gia công nhiệt, và các hoạt động sản xuất.
Động cơ, máy bơm và các thiết bị điện tử là những thành phần quan trọng trong hoạt động của các thiết bị và máy móc Trong lĩnh vực xây dựng, hệ thống HVAC, thiết kế kiến trúc và vật liệu xây dựng đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra không gian sống và làm việc hiệu quả.
Giao thông vận tải: Động cơ xe cộ và giao thông đô thị.
3.1.3.1 Nhiệt thừa trong công nghiệp:
Nhiệt thừa từ quy trình sản xuất: Được sinh ra từ các quá trình như gia công kim loại, sản xuất hóa chất, và chế biến thực phẩm.
Nhiệt thừa từ thiết bị: Bao gồm nhiệt phát sinh từ máy móc, động cơ, và thiết bị điện tử.
3.1.3.2 Nhiệt thừa trong xây dựng:
Nhiệt thừa từ hệ thống HVAC: Do điều hòa không khí và hệ thống sưởi cung cấp.
Nhiệt thừa từ ánh sáng mặt trời: Từ cửa sổ và các bề mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
3.1.3.3 Nhiệt thừa trong môi trường:
Nhiệt thừa đô thị: Do hoạt động của con người, giao thông và các công trình xây dựng tạo ra.
Nhiệt thừa từ các nguồn năng lượng: Như điện, khí đốt và các nguồn năng lượng khác.
3.1.4 Tác động của nhiệt thừa:
Tăng nhiệt độ môi trường xung quanh, dẫn đến hiệu ứng đảo nhiệt đô thị và làm trầm trọng thêm biến đổi khí hậu.
3.1.4.2 Đối với sức khỏe con người:
Có thể gây ra các vấn đề sức khỏe như say nắng, mệt mỏi, và các bệnh liên quan đến nhiệt.
3.1.4.3 Đối với hệ thống công nghiệp và xây dựng:
Làm giảm hiệu suất của thiết bị, gây hư hỏng và tăng chi phí bảo trì.
3.1.4.4 Đối với hiệu suất năng lượng:
Nhiệt thừa làm giảm hiệu quả của các hệ thống làm mát và sưởi ấm, dẫn đến tiêu tốn năng lượng nhiều hơn.
3.1.5 Hiện trạng của nhiệt thừa:
Nhiệt thừa đang gia tăng trên toàn cầu, chủ yếu do hoạt động công nghiệp, giao thông và sản xuất điện Theo IEA, khoảng 70-80 EJ năng lượng toàn cầu bị mất dưới dạng nhiệt thừa hàng năm, chiếm khoảng 57% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu Tình trạng này góp phần vào biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Mặc dù nhiều quốc gia đã áp dụng chính sách và công nghệ để xử lý vấn đề này, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc phát triển các giải pháp bền vững.
Tại Việt Nam, nhiệt thừa đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trong các ngành công nghiệp như điện, chế biến thực phẩm và xây dựng, với tỷ lệ thu hồi và sử dụng vẫn thấp Ngành công nghiệp tiêu thụ khoảng 50% tổng năng lượng quốc gia, trong đó 30-40% năng lượng bị mất mát dưới dạng nhiệt thừa Mặc dù Chính phủ đã ban hành một số chính sách khuyến khích tiết kiệm năng lượng, nhưng cần có các biện pháp mạnh mẽ hơn để nâng cao hiệu quả xử lý nhiệt thừa, đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.
Các phương pháp xử lý nhiệt thừa bằng công nghệ
Hệ thống thông gió là giải pháp hiệu quả giúp lưu thông không khí trong lành và loại bỏ không khí ô nhiễm trong không gian hạn chế Nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều môi trường, từ gia đình đến nơi làm việc, đảm bảo sự thoải mái và sức khỏe cho người sử dụng.
3.2.1.1 Phân loại và nguyên lý hoạt động:
Thông gió tự nhiên là quá trình trao đổi không khí giữa không gian nội thất và bên ngoài mà không cần thiết bị cơ khí Quá trình này tận dụng các yếu tố tự nhiên như gió và nhiệt độ để tạo ra dòng không khí lưu thông, từ đó mang lại môi trường sống trong lành và thoải mái cho người sử dụng.
Dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa không khí bên trong và bên ngoài công trình, không khí nóng nhẹ hơn sẽ tự động di chuyển lên trên và thoát ra ngoài qua các lỗ thông hơi hoặc cửa sổ Khi không khí lạnh từ bên ngoài tràn vào thay thế, quá trình này tạo thành dòng đối lưu tự nhiên, giúp duy trì sự thông thoáng trong không gian sống.
Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông gió tự nhiên
(Nguồn: htt ps://www.linquip.com/blog/natural-ventilation/ )
Các phương pháp thông gió tự nhiên:
Thông gió xuyên phòng: Tận dụng sự chênh lệch áp suất giữa hai mặt đối diện của công trình để tạo ra dòng không khí chảy qua.
Thông gió tầng: Tạo ra các tầng không khí có nhiệt độ khác nhau trong một không gian, giúp không khí lưu thông dễ dàng hơn.
Giếng trời: Giếng trời mang ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình đồng thời tạo ra hiệu ứng đối lưu, giúp không khí lưu thông.
Mái nhà thông gió: Tạo ra một lớp không gian trống giữa trần nhà và mái nhà, giúp không khí nóng bốc lên và thoát ra ngoài.
Thông gió cơ học là phương pháp tạo dòng không khí lưu thông trong không gian bằng thiết bị cơ khí, như quạt và máy điều hòa Khác với thông gió tự nhiên, phương pháp này cho phép kiểm soát chủ động lưu lượng và chất lượng không khí, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc cải thiện môi trường sống.
Cấu tạo của hệ thống thông gió cơ học bao gồm:
(2) Ống gió (5) Thiết bị điều hòa
Các phương pháp thông gió cơ học:
Thông gió toàn phần: Toàn bộ không khí trong phòng được hút ra ngoài và thay thế bằng không khí tươi từ bên ngoài liên tục.
Thông gió cục bộ: Chỉ tập trung thông gió vào một khu vực nhất định, nơi có nguồn phát sinh ô nhiễm hoặc cần làm mát/làm nóng cục bộ.
Kết hợp cả thông gió tự nhiên và cơ học để tận dụng ưu điểm của cả hai. Các phương pháp thông gió hỗn hợp:
Kết hợp thông gió tự nhiên qua cửa sổ và thông gió cơ học
Sử dụng hệ thống thông gió trung tâm
Kết hợp thông gió tự nhiên qua giếng trời và thông gió cơ học
Sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt (HRV)
Bảng 3.1 Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống thông gió
Tiêu chí Thông gió tự nhiên Thông gió cơ học Thông gió hỗn hợp Ưu điểm
Tiết kiệm năng lượng Có thể điều chỉnh lưu lượng và hướng gió một cách chính xác.
Hệ thống này mang lại hiệu quả cao và linh hoạt, đồng thời đơn giản và dễ thi công Nó phù hợp với nhiều loại công trình và điều kiện làm việc khác nhau, giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với hệ thống thông gió cơ học hoàn toàn.
Thân thiện với môi trường
Có thể kết hợp với các thiết bị khác như máy điều hòa, máy lọc không khí.
Hiệu quả của hệ thống chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện thời tiết Ngoài ra, chi phí đầu tư và vận hành cũng cao hơn, đòi hỏi một thiết kế kỹ lưỡng do tính phức tạp của hệ thống.
Khó kiểm soát lưu lượng và hướng gió
Yêu cầu bảo trì định kỳ.
Chỉ phù hợp với các công trình nhỏ, không gian mở
Hiệu suất Thấp, không ổn định, phụ thuộc vào gió và nhiệt độ
Cao, có thể duy trì chất lượng không khí ổn định
Cao, kết hợp hiệu suất của cả thông gió tự nhiên và cơ học Đối tượng ứng dụng
Các công trình nhỏ, nhà ở, không gian mở
Nhà máy, bệnh viện, văn phòng lớn, công trình thương mại
Công trình lớn, cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại
3.2.1.3 Ứng dụng trong xử lý nhiệt thừa
Hệ thống thông gió không chỉ đơn giản là cung cấp không khí cho không gian, mà còn có vai trò quan trọng trong việc xử lý nhiệt thừa, tạo ra môi trường làm việc và sống thoải mái Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của hệ thống này.
Nhà máy và xưởng sản xuất thường sử dụng nhiều máy móc và thiết bị tạo ra lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động Để giảm nhiệt độ làm việc, bảo vệ máy móc và đảm bảo an toàn cho công nhân, hệ thống thông gió đóng vai trò quan trọng trong việc hút nhiệt ra ngoài.
Lò nung và lò hơi đều có hệ thống thông gió quan trọng, giúp loại bỏ khói, khí thải và nhiệt lượng từ lò Điều này không chỉ đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục mà còn nâng cao độ an toàn trong hoạt động.
Hệ thống thông gió đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ khí thải, giảm nhiệt độ và cải thiện chất lượng không khí trong các phương tiện giao thông, tàu điện ngầm và hầm đường bộ.
3.2.2 Phương pháp chuyển đổi nhiệt năng:
Phương pháp chuyển đổi nhiệt năng trong xử lý nhiệt thừa là quá trình tái sử dụng năng lượng nhiệt thải từ sản xuất để chuyển đổi thành các dạng năng lượng có ích, bao gồm điện năng, cơ năng và nhiệt năng với nhiệt độ cao hơn.
Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhiệt trong nhà máy điện hạt nhân
(Nguồn: https://hex-boilers.com/nguyen-ly-truyen-nhiet.html)
Các phương pháp chuyển đổi nhiệt năng trong nhiệt thừa dựa trên quy luật truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp Quá trình này có thể diễn ra thông qua các cơ chế khác nhau.
Dẫn nhiệt: Nhiệt truyền trực tiếp qua các vật liệu rắn khi có sự tiếp xúc.
Hình 3.3 Tháp giải nhiệt - thiết bị được sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp hiện nay
(Nguồn: https://thapgiainhiettashin.com.vn/)
Đối lưu: Nhiệt truyền thông qua sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí.
Hình 3.4 Tháp làm mát đối lưu
(Nguồn: https://yenphat.vn/thap-giai-nhiet-doi-luu.html)
Bức xạ: Nhiệt truyền dưới dạng sóng điện từ.
3.2.2.2 Các phương pháp chuyển đổi nhiệt năng trong xử lý nhiệt thừa
3.2.2.2.a Chuyển hóa nhiệt năng thành quang năng
Nguyên lý hoạt động của hiện tượng phát sáng bắt đầu khi một vật được cung cấp nhiệt, khiến các phân tử bên trong chuyển động nhanh hơn Khi đạt đến nhiệt độ nhất định, electron trong nguyên tử hấp thụ đủ năng lượng để nhảy lên các mức năng lượng cao hơn Khi electron trở lại mức năng lượng ban đầu, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng photon, tạo ra ánh sáng.
Thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành quang năng: đèn sợi đốt, đèn halogen,…
3.2.2.2.b Chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng:
Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên sự giãn nở của chất khí khi được nung nóng Khi chất khí hoặc hơi nước nhận nhiệt, các phân tử sẽ di chuyển nhanh hơn, dẫn đến việc tăng áp suất lên thành bình chứa và tạo ra công.
Thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng: động cơ đốt trong, turbine,
3.2.2.2.c Chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng:
Nguyên lý hoạt động: Dựa trên hiện tượng nhiệt điện và cảm ứng điện từ.
Thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng: tấm pin năng lượng mặt trời, máy phát điện nhiệt,
3.2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm
Các phương pháp chuyển hoá năng lượng đều có những ưu điểm chung sau:
- Tận dụng năng lượng thừa, giảm lãng phí năng lượng.
Giảm phát thải khí nhà kính là một biện pháp quan trọng nhằm giảm nhu cầu tiêu thụ năng lượng từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch Điều này không chỉ giúp giảm lượng khí CO2 mà còn hạn chế các khí gây ô nhiễm khác, góp phần bảo vệ môi trường và cải thiện chất lượng không khí.
- Cải thiện hiệu suất sản xuất và tiêu hao năng lượng.
- Xây dựng hệ thống sản xuất và tiêu thụ năng lượng bền vững, phù hợp với các mục tiêu phát triển xanh.
Bảng 3.2 Đánh giá ưu và nhược điểm của các phương pháp chuyển đổi nhiệt năng
Hiệu suất Thách thức Ưu điểm Chi phí
Chuyển hóa nhiệt năng thành quang năng
Mất mát nhiệt lớn, hiệu suất phát sáng thấp, tuổi thọ nguồn sáng ngắn Đơn giản, dễ thực hiện, ứng dụng rộng rãi trong chiếu sáng
Thấp (trừ khi sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch để tạo nhiệt)
Chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng
Mất mát nhiệt do ma sát, cần thiết bị phức tạp
Hiệu suất chuyển đổi có thể cao, ứng dụng rộng rãi trong sản xuất điện
Cao (nếu sử dụng nhiên liệu hóa thạch)
Chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng
Mất mát nhiệt trong quá trình chuyển đổi, cần thiết bị phức tạp
Hiệu suất chuyển đổi có thể cao, ứng dụng rộng rãi trong sản xuất điện
Cao Cao (nếu sử dụng nhiên liệu hóa thạch)
3.2.2.4 Ứng dụng của phương pháp chuyển đổi nhiệt năng trong xử lý nhiệt thừa
KIẾN NGHỊ
Chính sách
Khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ xử lý ô nhiễm thông qua các chính sách ưu đãi thuế và hỗ trợ tài chính Đồng thời, áp dụng quy định tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả Thiết lập quỹ hỗ trợ phát triển công nghệ xanh và chương trình đào tạo nâng cao năng lực cho doanh nghiệp là cần thiết để thúc đẩy sự phát triển bền vững.
Nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào công nghệ mới và vật liệu tiên tiến, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ sinh học, vật liệu nano và năng lượng tái tạo Cần khuyến khích sự hợp tác giữa các tổ chức nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp để phát triển và thử nghiệm các giải pháp hiệu quả.
Hợp tác quốc tế
Tăng cường hợp tác quốc tế giúp tiếp cận công nghệ tiên tiến và học hỏi kinh nghiệm quý báu Tham gia vào các chương trình nghiên cứu, tổ chức hội thảo và diễn đàn quốc tế về môi trường sẽ tạo cơ hội chia sẻ kiến thức và thực tiễn tốt nhất trong việc xử lý ô nhiễm.
