các phương pháp khống chế ô nhiễm không khí

Dựa vào tính chất hoạt động ta có thể chia 4 nhóm: • Ô nhiễm do các quá trình sản xuầt công nghiệp,nông nghiệp,tiểu thủ công nghiệp… • Ô nhiễm do giao thông vận tải • Ô nhiễm do sinh hoạ

I NGUỒN GỐC Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Không khí bị ô nhiễm nghĩa là bên cạnh các thành phần chính của không khí tồn tại những chất với nồng độ đủ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người,gây ảnh hưởng xấu tới sự sinh trưởng phát triển của động thực vật,phá hủy vật liệu,làm giảm cảnh quan môi trường

Có nhiều cách phân loại nguồn ô nhiễm không khí khác nhau Dựa vào tính chất hoạt động

ta có thể chia 4 nhóm:

• Ô nhiễm do các quá trình sản xuầt công nghiệp,nông nghiệp,tiểu thủ công nghiệp…

• Ô nhiễm do giao thông vận tải

• Ô nhiễm do sinh hoạt

• Ô nhiễm do các quá trình tự nhiên

Dựa vào bố trí hình học chia làm 3 nguồn: nguồn điểm, nguồn đường và nguồn vùng;Dựa vào nguồn gốc phát sinh chia 2 nhóm chính:

• Nguồn tự nhiên: khí thoát ra từ hoạt động tự nhiên của núi lửa, động đất, bụi do gió bão, phấn hoa, mùi sinh ra do sư phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ…

• Nguồn nhân tạo: phát sinh do hoạt động của con người gồm:

- Nguồn cố định: sinh ra trong quá trình đốt từ các hoạt động sản xuất công nghiệp

- Nguồn di động là: khí thải trong quá trình giao thôngCác hoạt động sản xuất của con người tạo ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu thiết yếu của

họ, nhưng đồng thời là nguồn gốc chính phát sinh ra các chất độc hại có tác dụng xấu đối với bản thân con người Ở đây ta đặc biệt quan tâm đến nguồn ô nhiễm nhân tạo này

Phân loại chất thải trong khí thải công nghiệp :

• Dựa vào trạng thái vật lý: chia các chất ô nhiễm thành rắn, lỏng, khí

• Dựa vào kích thước hạt :

- Phân tử( hỗn hợp khí –hơi )

- Aerosol : bụi, khói, sương (bụi: 5 ÷ 50 µm, khói: 0,1 ÷ 5 µm, sương gồm các giọt lỏng : 0,3 ÷ 5 µm)

Các tác nhân gây ô nhiễm không khí:

• Các loại ôxít: NOX, CO, CO2, SO2, H2S…các khí halogen: F2, CL2, Br2, I2…

• Các phân tử lơ lửng: hạt bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật, nitrat, sunphat, các nguyên tử cacbon, muội than, khói, hơi sương…

• Các khí quang hóa: O3, FAN, FB2N, NOX, Andehyt, êtylen…

• Các khí thải có tính phóng xạ

• Nhiệt

• Tiếng ồn

II XỬ LÝ VÀ GIẢM THIỂU KHÍ THẢI:

1 Đối với công nghiệp: Có 3 cách

Dùng nhiên liệu có ít chất ô nhiễm hoặc giảm bớt hàm lượng chất ô nhiễm trong nhiên liệu trước khi đốt

Vd: Như giảm hàm lượng lưu huỳnh trong than,dùng dàu nhẹ thay dàu nặng…

Cải tiến quá trình bớt nhiên liệu để giảm thiểu chất thải

Vd: Như cải tiến lò ghi đốt nhiên liệu khô bằng lò ghi đốt nhiên liệu ướt nhiều tầng để vừa giảm khí thải SO2, NOx…

Sử dụng các thiết bị lọc bụi, thiết bị hấp thụ hay hấp thụ khí thải độc hại trước khi thải ra ống khói

2 Đối với công nghệ sản xuất:

Biện pháp cải tiến công nghệ sản xuất: cần được coi là biện pháp cơ bản vì cho là phương pháp đạt hiệu quả cao nhất để hạ thấp và đôi khi loại trừ chất thài độc hại thải ra môi trường Nội dung của biện pháp này là hiện đại hóa công nghệ sản xuất khép kín dây chuyền, thiết bị sản xuất

Biện pháp làm kín quá trình công nghệ có tác dụng loại trừ việc thải vào môi trường không khí các khí độc hại ngay trong quá trình sản xuất nhất là giai đoạn vận chuyển

và giai đoạn sản xuất trung gian Tất cả các khí thải cần được thu gom tập trung xử lý thải ra ngoài

Công nghệ chống ô nhiễm còn bao gồm cả biện pháp thay thế chất độc hại trong sản xuất bằng chất không độc hại hoặc ít độc hại hơn,làm sách chất độc hại trong nguyên vật liệu trước khi đưa vào sản xuất

Vd: thay nung ngọn lửa bằng nung điện

3 Phương pháp giảm khí độc hại trong khí thải.

Công nghiệp thải ra các khí ô nhiễm độc hại rất đa dạng, đặc biệt là các khí phát sinh trong quá trình sản xuất Căn cứ vào tính chất hoá lý có thể hình thành 2 loại cơ bản

• Các khí thải thuộc loại vô cơ như: SO2, SO3, H2S, HF…

• Các khí thải thuộc dạng hữu cơ như: axeton, axetilen, các axit hữu cơ, các dung môi hữu cơ

Các phương pháp bao gồm:

• Phương pháp tiêu huỷ: được sử dụng trong trường hợp khi mà quá trình sản xuất không thể thu hồi hay tái sinh đối với khí thảicó thể cháy được sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không có hại như cacbon hidro, các dung môi…

• Phương pháp hấp thụ: là phương pháp làm sạch chất thải dựa trên cơ sở hấp thụ khí độc hại chứa trong hỗn hợp khí bằng phản ứng của các chất lỏng Hiệu quả của phương pháp này dao động trong một phạm vi rộng, phụ thuộc vào loại khí độc cần hấp thụ và dung dịch hấp thụ các khí độc như: SO2, SO3, H2S, HF…

• Phương pháp sinh hoá vi sinh: là lợi dụng các vi sinh vật phân huỷ hoặc tiêu thụ các khí thải độc hại nhất là các khí thải từ các nhà máy thực phẩm, nhà máy phân đạm, phân tổng hợp hữu cơ.các vi sinh vật vi khuẩn sẽ hấp thụ và đồng hoá các chất thải hoá hữu cơ, vô

cơ độc hại và thải ra các khí

III THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỤI:

Sự hoạt động tin cậy và hiệu quả của các hệ thống thu bụi làm sạch khí phụ thuộc nhiều vào các tính chất hóa lý của bụi Vì vậy cần có sự nghiên cứu kỹ các đặc tính này cả khi thiết kế cũng như khi tổ chức vận hành các hệ thống lọc bụi

1 Phân loại bụi:

Dựa vào thành phần hóa học thể chia bụi thành 2 loại:

• Bụi hữu cơ (các hợp chất như oxit, muối, kim loại, hợp kim…)

• Bụi hữu cơ (nấm mốc, bột cám, bột mì…)

Dựa vào kích thước hạt chất ô nhiễm chia thành: phân tử ( hỗn hợp khí – hơi) và aerosol ( gồm các hạt rắn – lỏng )

• Bụi thô (1-200µm)

• Khói nhiên liệu (0,01-1µm)

mà bụi chiếm chỗ trong các thùng chứa hay phễu nạp liệu Khi độ đồng đều theo kích thước của các hạt tăng lên thì mật độ chất đống giảm đi.

Kích thước hạt (µm) Cỡ hạt (% so với khối

lượng chung) Kích thước hạt (µm) Cỡ hạt (% so với khối

Vật liệu Mật độ có thể (g/cm3) Mật độ chất đống (g/cm3)Bụi than

Bụi đá vôi

Bụi magezit

Bụi đôlômit

1.272.7 – 2.92.82.8

0.741.0 – 1.010.950.9

4 Khả năng tự cháy nổ của bụi:

Kích thước ban đầu của bụi càng nhỏ thì bề mặt tổng cộng hạt bụi trên một đơn vị khối lượng hoặc thể tích càng lớn Nếu trong khí bụi có oxi thì khí này sẽ được các hạt bụi hấp thụ qua

bề mặt và oxi hóa một số chất có trong hạt bụinhư C, S sunfit Do hạt bụi bị dính kết có hệ số dẫn nhiệt thấp, nhiệt tỏa ra làm tăng nhiệt độ cục bộ, vì vậy làm tăng phản ứng oxi hóa, kết quả sinh ra quá trình tự cháy nổ của các hạt bụi và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí Sự nổ bụi lơ lửng trong không khí sẽ làm tăng áp suất đột ngột

Cường độ nổ bụi phụ thuộc vào thành phần hóa nhiệt của bụi, kích thước và hình dạng của hạt, nồng độ bụi trong không khí, độ ẩm và thành phần khí, kích thước và nhiệt độ nguồn phát lửa Nồng độ nhỏ nhất của bụi trong không khí có thể nguy hiểm do nổ khoảng 20 – 50 g/m3, còn nồng độ lớn nhất để gây nổ là 700 – 800 g/m3

Hàm lượng oxi trong hỗn hợp khí càng lớn thì càng dễ nổ và cường độ nổ lớn Khi hàm lượng oxi không lớn hơn 16% bụi không có khả năng nổ Áp suất dư cực đại khi nổ có thể đạt tới

3500 kPa, tuy nhiên thường thì áp suất là 350 kPa hay nhỏ hơn

IV PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI

1 Phương pháp khô:

Là phương pháp xử lí bụi mà trong đó các thiết bị thu hồi bụi hoạt động dựa trên các cơ chế lắng khác nhau: trọng lực (các buồng lắng bụi), quán tính (lắng bụi nhờ thay đổi hướng chuyển động của dòng khí hoặc nhờ vách ngăn), li tâm (các xiclon)

1.1Lắng bụi theo phương pháp trọng lực:

Trong buồng lắng bụi sử dụng sự lắng trọng trường các hạt từ dòng khí chuyển động ngang

Để đạt hiệu suất lắng bụi theo yêu cầu cần cho các hạt bụi đi trong buồng lắng bụi càng lâu càng tốt Vì vậy các buồng lắng bụi là những thiết bị lớn, cồng kềnh ngay cả khi dùng để lắng bụi có kích thước lớn

Các buồng lắng bụi được làm từ gạch, bêtông cốt thép hoặc thép Trên tường buồng lắng có cửa để làm vệ sinh hoặc để lấy bụi ra ngoài Mục đích tính toán buồng lắng bụi là xác định diện tích lắng, tức là diện tích đáy buồng lắng

Buồng lắng bụi:

Buồng lắng là kiểu thiết bị đơn giản nhất, hoạt động nhờ tác dụng của lực hấp dẫn làm cho các hạt bụi lắng xuống khi đi qua thiết bị Các hạt bụi này sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằng vít tải hay băng tải

Khi thiết kế các buồng lắng bụi phải tính đến khả năng bụi có thể bị cuốn đi lần thứ hai Tốt nhất là tạo cho dòng khí có vận tốc không lớn hơn 3 m/s.

Bụi Khối lượng riêng của

hạt (kg/m3)

Kích thước lắng của hạt (µm)

Tốc độ tối đa cho phép của khí (m/s)Phoi nhôm

826068501180

3352617164117

14.79013701400

4.35.06.41.755.6

7.64.74.06.6Bảng 3: Vận tốc tối đa cho phép của khí đi trong các buồng lắng bụi theo loại bụi

Để lắng được nhiều bụi trong buồng lắng cần tăng diện tích đáy Trong thực tế bên trong buồng lắng người ta đặt nhiều sàn nằm ngang, hoặc nhằm nghiêng, khoảng cách giữa chúng khoảng 100 –300 mm Có thể dùng cơ cấu quay hoặc nghiêng sàn định kì để lấy bụi ra

Hiệu suất công tác của các buồng lắng bụi phụ thuộc nhiều vào mức độ phân bố đều dòng không khí theo tiết diện buồng Với mục đích này người ta thường trang bị cho các buồng lắng bụi các lưới phân bố khí

1.2 Lắng bụi theo nguyên lý lực quán tính:

Khi dòng khí chứa bụi chuyển động bị đổi chiều đột ngột sẽ chịu tác dụng của lực quán tính

có hướng động theo hướng cũ và trong các điều kiện đã biết các hạt bụi bị tách ra khỏi dòng khí

Thiết bị lắng quán tính:

Trong công nghiệp áp dụng phổ biến thiết bị lắng bụi hình bao Đối với các thiết bị lắng bụi hình bao đặt trực tiếp sau các lò cao của nhà máy luyện kim đen, chọn vận tốc khí vào ống giữa 10 m/s, còn vận tốc khí trong thân hình bao là 1 m/s

Hiệu quả không cao: (65-80%) đối với hạt có kích thước 25-30µm

Vận tốc khí trong thiết bị khoản 1m/s, còn ở ống vào khoảng 10m/s

Thiết bị chế tạo đơn giản rẽ tiền

1.3 Buồng thu bụi xyclon:

Ưu điểm:

- Không có phần chuyển động

- Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000oc)

- Có khả năng thu hồi bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xiclon

- Thu bụi ở dạng khô

- Trở hầu như cố định và không lớn (250-1500N/m2)

- Làm việc tốt ở áp suất cao

- Chế tạo đơn giản

- Năng suất cao rẻ

- Hiệu quả không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi

Nhược điểm:

- Hiệu quả xử lí kém đối vói bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm

- Không thể thu bụi kết dính

Nguyên lí hoạt động:

Dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của xyclon Thân xiclon thường là hình trụ và đáy là chóp cụt Ống khí vào thường có dạng khối chữ nhật, được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon Khí sau khi xử lí thoát ra từ đỉnh thiết bị qua ống tròn đặt tại tâm thân trụ Khí vào xyclon thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành vòng xoáy ngoài Lúc đó các hạt bụi dưới tác dụng của lực li tâm, văng vào thành xyclon Tiến gần đến đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành vòng xoắn trong Các hạt bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực từ

đó ra khỏi xiclon, qua ống xả bụi

Quá trình tiếp xúc giữa dòng khí nhiễm bụi với chất lỏng sẽ hình thành bề mặt tiếp xúc pha

Bề mặt này bao gồm các bọt khí, tia khí, tia lỏng giọt lỏng và màng lỏng Đa số thiết bị thu hồi bụi ướt tồn tại các doing bề mặt khác nhau, do đó bụi được thu hồi theo nhiều cơ chế khác nhau

Thiết bị lọc bụi ướt có các ưu điểm và nhược điểm so với các thiết bị khác như sau:

• Ưu điểm:

• Hiệu quả xử lí bụi cao hơn

• Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước nhỏ đến 0,1µm

• Có thể sử dụng khi nhiệt độ và độ ẩm cao

• Nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất

• Cùng với bụi có thể xử lý hơi và khí

• Nhược điểm:

• Bụi thu được ở dạng cặn do đó phải xử lý nước thải, làm tăng chi phí xử lý

• Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo khí và cùng với bụi lean trong ống dẫn

Trường lực được tạo ra bởi hai điện cực:

− Điện cực âm-điện cực quầng sáng: để tích điện cho hạt.

− Điện cực lớn có bề mặt rộng hơn

Nguyên lý hoạt động:

Khi đi vào thiết bị lọc từ dưới qua hệ thống điện cực được làm sạch và được đuổi ra từ phần trên cuả thiết bị Thiết bị được trang bị bởi cơ cấu rung để làm sạch bụi trên điện cực

Hiệu quả thu hồi hạt có d<0,5µm đạt 99% và giảm khi vận tốc dòng khí tăng

Trong công nghiệp: sử dụng thiết bị lọc điện ướt, trong đó việc làm sạch các điện cực được thực hiện bằng cách tưới qua vòi phun Thiết bị lọc điện ướt được ứng dụng để thu hồi bụi, sương

− Hấp thụ vật lý dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng

− Hấp thụ hóa học giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ hoặc cấu tử trong pha lỏng xảy

• Hấp thụ bằng huyền phù CaCO 3:

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 lí bụi sơ bộ, mức làm sạch cao

MgO + H2O  Mg(OH)2

MgSO3 + H2O + SO2  Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2  2MgSO3 +2 H2O

Độ hòa tan của magie sunfit trong nước bị giới hạn,nên lượng dư ở dạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng

Sunfat magie được hình thành do ôxy hóa sunfit magiê:

− có thể xử lý nóng không cần làm nguội sơ bộ

− thu được sản phẩm tận dụng là axit sunfuric

− MgO có sẵn và rẻ,hiệu quả xử lý cao

Khuyết điểm: cần nung ở nhiệt độ cao khoảng 900oC nên khó thực hiện

• Phương pháp kẽm:

Ưu điểm: Có khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 – 25oC)

Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế phải thường xuyên tách ZnSO4 và bổ sung thêm ZnO

SO2 + ZnO + 2,5H2O  ZnSO3.2,5H2O

2SO2 + ZnO + H2O  Zn(HSO3)2

Sunfit kem tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xiclon nước và sấy khô

Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350oC

SO2 + NaHCO3 +Na2SO3 + H2O 3 NaHSO3

NaHSO3 + ZnO  ZnSO3 + NaOH

ZnSO3 đem nung để thu được SO2

Từ dung dịch H2S được giải phóng nhờ đun sôi ở to= 107-115oc

Ưu điểm: Không có sự ăn mòn thiết bị đun, dung dịch ổn định, không tạo ra sản phẩm làm giảm chất lượng dung dịch

1.3Hấp thụ các oxit nitơ:

Khí thải chứa các oxit nitơ được hình thành trong một số ngành sản xuất hoá chất công nghiệp, nhà máy hóa luyện kim, trong quá trình chưng cất dầu mỏ, khí đốt nhiên liệu…

các hợp chất giữa nitơ và oxi là : NO, N2O, N2O3, NO2,N2O4, N2O3, NO3, N2O6, NO2 ở to

thường không tham gia phản ứng

• Hấp thụ bằng nước: Một phần acid được sinh ra ở pha khí

• Xử lý clo và clorua hydrua:

Clo, clorua hydrua là chất thải đặc trưng của nhiều ngành sản xuất, điều chế clo và kiềm bằng phương pháp điện phân muối, sản xuất Mg kim loại bằng phương pháp điện phân muối clorua Mg, sản xuất axit clohydric, các hợp chất hữu cơ và vô cơ có chứa clo

Để hấp thụ clo và các hợp chất chứa clo, người ta sử dụng nước, dung dịch kiềm, dung dịch các chất hữu cơ, huyền phù và các dung môi hữu cơ

1.5Hấp thụ CO 2 :

• Xử lý oxit cacbon:

CO tạo thành do quá trình cháy không hoàn toàn CO load khí thải cuả các lò luyện kim đen

và màu, động cơ đốt trong, sự cháy nổ không hoàn toàn, hầm than…

Để xử lý CO, người ta hấp thu hoặc rửa khí bằng nitơ lỏng hoặc bằng dd amoniac với muối axetat hoặc cacbonnat đồng.

do tự nhiên

2.1Hấp phụ các oxit nitơ (NO x ):

NOx được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính Tuy nhiên khi tếp xuc với các oxit nitơ, than có thể cháy và nổ Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có thể chuyển NOx thành NO

Khả năng hấp phụ của silicagen đối với NOx thấp hơn so với than hoạt tính nhưng silicagen bền cơ học, không cháy nên được sử dụng rộng rãi hơn Tuy nhiên do tính kinh tế, quá trình này không được áp dụng trong công nghiệp

NOx được hấp phụ bởi than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi Khi ứng dụng hỗn hợp than bùn, với hỗn hợp khí chứa 0,1-0,2% NOx , thời gian tiếp xúc pha 1,6-3s như, hiệu quả xử lý

có thể đạt 96 - 99%

2.2Hấp phụ SO 2:

Phương pháp oxit mangan:

MnOX.nH2O + SO2 + (1-x/2)O2  MnSO4 + nH2O

Trong thực tế, khi nồng độ SO2 trong khí thải là 0,15% (thể tích), phương pháp oxit mangan cho phép hấp phụ SO2 đến 90% Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạt khoảng 90-95%

2.3 Hấp phụ các halogen và hợp chất của chúng:

• Xử lý hợp chất flo:

Chất hấp phụ : đá vôi, keo nhôm, florua natri, nefelin xienit

Phương pháp hấp phụ cho phép giảm nồng độ hợp chất flo xuống đến 10-50mg/m3 để làm sạch khí hơn nữa có thể dũng phương pháp hấp phụ hoá học và trao đổi ion