NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO2 BẰNG DUNG DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU)

Trong cuộc sống của con người hàng ngày người ta nhìn thấy quá trình đốt nhiên liệu diễn ra khắp mọi nơi. Trong sản phẩm cháy do nhiên liệu sản sinh ra rất nhiều chất khí độc hại cho sức khỏe con người, Nhất là khi quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn. Các loại khí độc hại bao gồm: CO, CO2, SOx, NOx, hydrocacbon và tro bụi,... CO2 – Một trong những loại khí thải độc hại nhất, gây tác động trực tiếp và là nhân tố gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ nhất lại chiếm hàm lượng cao trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nồng độ các chất độc hại còn phụ thuộc vào nhiều vào kiểu loại động cơ, điều kiện vận hành,... Với sự gia tăng cả về số lượng động cơ lẫn hàm lượng phát thải các khí độc hại ra môi trường từ quá trình đốt gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường rất lớn. Đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra biện pháp giảm thiểu các thành phần độc hại này. Hiện nay, trong khi việc cải tiến thiết kế động cơ khó gây đột phá về giảm thành phần độc hại khí thải thì xử lý khí thải trên hệ thống thải là biện pháp hiệu quả để làm giảm thành phần độc hại này. Trên thực tế đó, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý CO2 bằng dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm” để phục vụ mục đích nghiên cứu giảng dạy của nhà trường. Dựa trên những kiến thức đã học ở trường để xây dựng thiết kế thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm từ đó rút ra được kết quả về hiệu quả xử lí của mô hình xác định chế độ làm việc tối ưu nhất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ NGỌC TRÂM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU)

HÀ NỘI, 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ NGỌC TRÂM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU)

Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã ngành: D850101

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Chu Thị Thu Hà

HÀ NỘI, 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi: Nguyễn Thị Ngọc Trâm xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế dựa trên cơ sởcác số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Mọi sự tham khảo được sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn trongbáo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

- Mọi sao chép không hợp lệ, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Ngọc Trâm

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã được sự quan tâm giúp đỡ của nhiệttình của các thầy cô, bạn bè và gia đình Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thànhđến các thầy cô giáo trong khoa Môi trường của trường Đại học Tài nguyên và Môitrường Hà Nội đã tạo điều kiện quan tâm giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập vànghiên cứu

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS Chu Thị Thu Hà đã quan tâm,chỉ bảo, hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Em cũng trân trọng gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thu Huyền, giảng viên KhoaMôi trường đã hướng dẫn và giúp đỡ, đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thờigian thực hiện đồ án

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè, nhữngngười đã luôn giúp đỡ, ủng hộ, động viên tôi trong suốt thời gian theo học tại trườngnói chung và thời gian thực hiện đồ án nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Ngọc Trâm

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

M Đ U Ở ĐẦU ẦU 1

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO NG I: T NG QUAN V KHÍ CO ỔNG QUAN VỀ KHÍ CO Ề KHÍ CO 2 3

1.1 CACBON DIOXIT (CO2) 3

1.1.1 Gi i thi uới thiệu ệu 3

1.1.2 Tính ch t hóa lý c a COất hóa lý của CO ủa CO 2 3

1.1.3 ng d ngỨng dụng ụng 4

1.1.4 nh hẢnh hưởng của khí CO ưởng của khí COng c a khí COủa CO 2 5

1.1.5 Ngu n g c phát sinh c a khí COồn gốc phát sinh của khí CO ốc phát sinh của khí CO ủa CO 2 9

1.1.6 Bi n pháp gi m thi u ô nhi m khí CO2ệu ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ểu ô nhiễm khí CO2 ễm khí CO2 11

1.2 T NG QUAN V X LÝ KHÍ TH I B NG PHỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ề XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ử LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ảnh hưởng của khí CO ẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ ƯƠNG PHÁP HẤP THỤNG PHÁP H P THẤP THỤ Ụ 13

1.2.1 Khái ni m v h p thệu ề hấp thụ ất hóa lý của CO ụng 13

1.2.2 C c u c a quá trình có th chia làm ba bơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước: ất hóa lý của CO ủa CO ểu ô nhiễm khí CO2 ưới thiệu 13c: 1.2.3 Phân lo iại 14

1.2.4 Ch t h p th (dung môi)ất hóa lý của CO ất hóa lý của CO ụng 14

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO NG II: Đ I ỐI T ƯỢNG NG , M C ĐÍCH, N I DUNG VÀ PH ỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PH ỘI DUNG VÀ PH Ư NG PHÁP NGHIÊN C U ƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO ỨU 15 2.1 Đ i tốc phát sinh của khí CO ượng, mục tiêu nghiên cứung, m c tiêu nghiên c uụng ứu 15

2.2 N i dung nghiên c uội dung nghiên cứu ứu 15

2.3 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng pháp nghiên c uứu 15

2.3.1 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng pháp thu th p tài li uập tài liệu ệu 15

2.3.2 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng pháp mô hình phòng thí nghi mệu 16

2.3.3 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng pháp phân tích 19

2.3.4 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng pháp x lý s li uử lý số liệu ốc phát sinh của khí CO ệu 22

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO NG 3: MÔ HÌNH X LÝ KHÍ TH I CO Ử LÝ KHÍ THẢI CO ẢI CO 2 B NG DUNG D CH N ẰNG DUNG DỊCH NƯỚC VÔI ỊCH NƯỚC VÔI ƯỚC VÔI C VÔI TRONG (QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHI M) ỆM) 23

3.1 TÍNH TOÁN THI T K THÁP H P THẾT KẾ THÁP HẤP THỤ ẾT KẾ THÁP HẤP THỤ ẤP THỤ Ụ 23

3.1.1 Tính toán lượng, mục tiêu nghiên cứung khí th i đ c h i khi đ tảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ội dung nghiên cứu ại ốc phát sinh của khí CO 23

3.1.2 Tính toán hi u qu làm vi c c a thápệu ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ệu ủa CO 28

3.1.3 Tính toán tháp h p th :ất hóa lý của CO ụng 32

3.2 TÍNH TOÁN C KHÍ VÀ CÁC THI T B PH TRƠNG PHÁP HẤP THỤ ẾT KẾ THÁP HẤP THỤ Ị PHỤ TRỢ Ụ Ợ 41

3.2.1 Tính toán các thi t b ph tr :ết bị phụ trợ: ị phụ trợ: ụng ợng, mục tiêu nghiên cứu 41

3.2.2 Tính c khí thi t b :ơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước: ết bị phụ trợ: ị phụ trợ: 45

3.3 K T QU VÀ TH O LU NẾT KẾ THÁP HẤP THỤ Ảnh hưởng của khí CO Ảnh hưởng của khí CO ẬN 47

3.3.1 K t qu phân tích m u COết bị phụ trợ: ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ẫu CO 2 l n 1ần 1 47

3.3.2 K t qu phân tích m u COết bị phụ trợ: ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ẫu CO 2 l n 2ần 1 54

K T LU N VÀ KI N NGH ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ẬN VÀ KIẾN NGHỊ ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ỊCH NƯỚC VÔI 60

TÀI LI U THAM KH O ỆM) ẢI CO 62

PH L C ỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PH ỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PH 63

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của CO2 trong môi trường không khí đến sức khỏe 7

Bảng 2.1 Thiết bị được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau 17

Bảng 3.1 Thành phần của than 23

Bảng 3.2 Đặc điểm nguồn thải 23

Bảng 3.3 Tính toán khí thải 24

Bảng 3.4 Đặc điểm nguồn thải 28

Bảng 3.5 Tính toán vật liệu đệm 33

Bảng 3.6 Bảng thông số quạt 44

Bảng 3.7 Tính toán mặt bích 46

B ng 3.8 Kích thảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ưới thiệu ủa COc t hút …47

Bảng 3.9 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,15 l/s, Qmax=427 m3/ h tại lần thử nghiệm thứ nhất 47

Bảng 3.10 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,25 l/s, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 48

Bảng 3.11 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,35 l/s, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 49

Bảng 3.12 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,15 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 50

Bảng 3.13 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,25 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 51

Bảng 3.14 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,35 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 52

Bảng 3.15 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,15 l/s, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 54

Bảng 3.16 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,25 l/s, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 55

Bảng 3.17 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,35 l/s, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 56

Bảng 3.18 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,15 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 57

Bảng 3.19 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,25 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 58

Bảng 3.20 Bảng kết quả phân tích nồng độ CO2 ở chế độ thủy lực 0,35 l/s, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 59

DANH MỤC HÌN

Hình 1.1 C u trúc phân t COất hóa lý của CO ử lý số liệu 2 3

Hình 1.2 M t s hình nh v ngu n g c phát sinh COội dung nghiên cứu ốc phát sinh của khí CO ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ề hấp thụ ồn gốc phát sinh của khí CO ốc phát sinh của khí CO 2 do con người 11i Hình 2.1 Mô hình h thi t b x lý khí th iệu ết bị phụ trợ: ị phụ trợ: ử lý số liệu ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 16

Hình 3.1 Đườing cân b ng tháp h p thằng tháp hấp thụ ất hóa lý của CO ụng 29

Hình 3.2 Phươ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:ng trình đườing làm vi cệu 32

Hình 3.3 S đ n v chuy n kh iốc phát sinh của khí CO ơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước: ị phụ trợ: ểu ô nhiễm khí CO2 ốc phát sinh của khí CO 35

Hình 3.4 Hình d ng v qu tại ỏ quạt ại 44

Hình 3.5 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 t i ch đ th y l c 1, ại ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 48

Hình 3.6 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 2ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, , Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 49

Hình 3.7 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 3,ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 50

Hình 3.8 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 1, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 51

Hình 3.9 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 2, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 52

Hình 3.10 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 3, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ nhất 53

Hình 3.11 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 1, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 54

Hình 3.12 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 2,ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 55

Hình 3.13 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 3, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmax=427 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 56

Hình 3.14 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 1, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 57

Hình 3.15 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 2, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 58Hình 3.16 Bi u đ th hi n n ng đ COểu ô nhiễm khí CO2 ồn gốc phát sinh của khí CO ểu ô nhiễm khí CO2 ệu ồn gốc phát sinh của khí CO ội dung nghiên cứu 2 ởng của khí CO ch đ th y l c 3, ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO ực 1, Qmin =260 m3/h tại lần thử nghiệm thứ hai 59

Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường không khí khắp nơi có nguồn gốc khácnhau, nhưng đặc biệt nhất là do khí thải công nghiệp từ các khu công nghiệp, nhà máysản xuất thải ra mà chưa qua xử lý triệt để Môi trường không khí ở nước ta tại các khucông nghiệp, đặc biệt tại các nhà máy sản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, cơ khí hiệnnay đang tồn tại những dấu hiệu đáng lo ngại Việc phát tán các luồng khí ô nhiễm nàyvào môi trường gây ảnh hưởng rất lớn mà lại khó kiểm soát cho các cơ quan chứcnăng đã gây ảnh hưởng rất lớn cho môi trường sống và sức khỏe của mọi người Vìvậy công nghệ xử lý khí thải công nghiệp rất được sự quan tâm của người dân, doanhnghiệp nói riêng và toàn xã hội nói chung Xử lý khỉ thải là một trong những nhiệm vụ

vô cùng quan trọng đối với việc bảo vệ môi trường, chống những tác động của khí thảiđối với môi trường Một khi môi trường không khí bị ô nhiễm thì nó sẽ ảnh hưởngnghiêm trọng đến sức khỏe của con người, đến đời sống sinh vật và ảnh hưởng trênphạm vi toàn cầu chứ không chỉ ở một khu vực nhất định nào đó Thậm chí khí thải sẽlàm cho Trái Đất nóng lên, gây nên những biến đổi khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đếnđời sống con người, sinh vật Trong cuộc sống của con người hàng ngày người tanhìn thấy quá trình đốt nhiên liệu diễn ra khắp mọi nơi Trong sản phẩm cháy do nhiênliệu sản sinh ra rất nhiều chất khí độc hại cho sức khỏe con người, Nhất là khi quátrình cháy diễn ra không hoàn toàn Các loại khí độc hại bao gồm: CO, CO2, SOx,NOx, hydrocacbon và tro bụi, CO2 – Một trong những loại khí thải độc hại nhất, gâytác động trực tiếp và là nhân tố gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ nhất lạichiếm hàm lượng cao trong quá trình đốt cháy nhiên liệu Nồng độ các chất độc hạicòn phụ thuộc vào nhiều vào kiểu loại động cơ, điều kiện vận hành, Với sự gia tăng

cả về số lượng động cơ lẫn hàm lượng phát thải các khí độc hại ra môi trường từ quátrình đốt gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường rất lớn Đòi hỏi các nhà nghiên cứuphải tìm ra biện pháp giảm thiểu các thành phần độc hại này

Hiện nay, trong khi việc cải tiến thiết kế động cơ khó gây đột phá về giảm thànhphần độc hại khí thải thì xử lý khí thải trên hệ thống thải là biện pháp hiệu quả để làm

giảm thành phần độc hại này Trên thực tế đó, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu khả

năng xử lý CO2 bằng dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm” để phục

vụ mục đích nghiên cứu giảng dạy của nhà trường Dựa trên những kiến thức đã học ởtrường để xây dựng thiết kế thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm từ đó rút ra được kếtquả về hiệu quả xử lí của mô hình xác định chế độ làm việc tối ưu nhất Đề tài nàyđược thực hiện trong thời gian có hạn, kĩ năng làm việc còn nhiều mặt hạn chế nênkhông tránh khỏi những sai sót nhất định rất mong được sự đóng góp quý báu của cácthầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO2

1.1 CACBON DIOXIT (CO 2 )

1.1.1 Giới thiệu

Dioxit cacbon hay cacbon dioxit (các tên

gọi khác thán khí, anhidrit cacbonic, khí cacbonic)

là một hợp chất ở điều kiện bình thường có

dạng khí trong khí quyển Trái Đất, bao gồm một

nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxy Là

một hợp chất hóa học được biết đến rộng rãi, nó

thường xuyên được gọi theo công thức hóa học

là CO2 Trong dạng rắn, nó được gọi là băng khô

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử CO 2

Cacbon dioxit thu được từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả khí thoát ra từcác núi lửa, sản phẩm cháy của các hợp chất hữu cơ và hoạt động hô hấp của các sinhvật sống hiếu khí Nó cũng được một số vi sinh vật sản xuất từ sự lên men và sự hôhấp của tế bào Các loài thực vật hấp thụ cacbon đioxit trong quá trình quang hợp, và

sử dụng cả cacbon và ôxy để tạo ra các cacbohyđrat Ngoài ra, thực vật cũng giảiphóng ôxy trở lại khí quyển, ôxy này sẽ được các sinh vật dị dưỡng sử dụng trong quátrình hô hấp, tạo thành một chu trình Nó có mặt trong khí quyển Trái Đất với nồng độthấp và tác động như một khí gây hiệu ứng nhà kính Nó là thành phần chính trong chutrình cacbon

1.1.2 Tính chất hóa lý của CO 2

 Cacbon dioxit là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguyhiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ởmũi và cổ họng Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo

ra dung dịch yếu của axit cacbonic

 Tỷ trọng riêng của nó ở 25 °C là 1,98 kg m−3, khoảng 1,5 lần nặng hơn khôngkhí Phân tử cacbon dioxit (O=C=O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính

Nó không có lưỡng cực điện Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặthóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy

 Ở nhiệt độ dưới -78 °C, Cacbon dioxit ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắnggọi là băng khô Cacbon dioxit lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 barơ; ở diềukiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sang rắn hay ngược lại theomột quá trình gọi là thăng hoa

 CO2 là oxit axit nên nó có các tính chất hóa học của 1 oxit axit thông thường + Phản ứng với bazo ( tạo muối và nước )

CO2 + NaOH NaHCO3

CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

+ Phản ứng với oxit bazo

CaO + CO2 CaCO3( điều kiện nhiệt độ )

+ Phản ứng với muối trung hòa tạo muối axit

1.1.3 Ứng dụng

CO2 lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt là trong công nghiệp thựcphẩm, trong đó chúng tham gia vào quá trình lưu trữ và vận chuyển các loại kem vàcác thực phẩm đông lạnh

CO2 được sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa và nước soda Theotruyền thống, quá trình cacbonat hóa trong bia và vang nổ có được do lên men tựnhiên, nhưng một số nhà sản xuất cacbonat hóa các đồ uống này một cách nhân tạo

Bột nở sử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khí cacbonic làm cho khối bột

bị phình to ra, do tạo ra các lỗ xốp chứa bọt khí Men bánh mì tạo ra khí cacbonic bằng

sự lên men trong khối bột, trong khi các loại bột nở hóa học giải phóng ra khí cacbonickhi bị nung nóng hoặc bị tác dụng với các axit

CO2 thông thường cũng được sử dụng như là khí điều áp rẻ tiền, không cháy.Các áo phao cứu hộ thông thường chứa các hộp nhỏ chứa cacbon dioxit đã nén đểnhanh chóng thổi phồng lên Các ống thép chứa cacbonic nén cũng được bán để cungcấp khí nén cho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp, cũng như để làm nước khoángxenxe Sự bốc hơi nhanh chóng của CO2 lỏng được sử dụng để gây nổ trong các mỏthan

CO2 dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa, đặc biệt là các loại được thiết kể đểdập cháy do điện, có chứ cacbon dioxit lỏng bị nén CO2 cũng được sử dụng như làmôi trường khí cho công nghệ hàn, mặc dù trong hồ quang thì nó phản ứng với phầnlớn các kim loại Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô mặc dù có chứng cứđáng kể cho thấy khi hàn trong môi trường này thì mối hàn giòn hơn so với các mốihàn trong môi trường các khí trơ, và các mối hàn này theo thời gian sẽ giảm phẩm cấp

do sự tạo thành của axit cacbonic Nó được sử dụng làm việc này chủ yếu là do nó rẻtiền hơn nhiều so với các khí trơ như agon hay heli

CO2 lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, và được dùng để loại

bỏ cafein từ cà phê Nó cũng bắt đầu nhận được sự chú ý của công nghiệp dược phẩm

và một số ngành công nghiệp chế biến hóa chất khác do nó là chất thay thế ít độc hơncho các dung môi truyền thống như các clorua hữu cơ (Xem hóa học xanh.)

Thực vật cần có CO2 để thực hiện việc quang hợp, và các nhà kính có thể đượclàm giàu bầu khí quyển của chúng bằng việc bổ sung CO2 nhằm kích thích sự tăngtrưởng của thực vật Người ta cũng đề xuất ý tưởng cho cacbon dioxit từ các nhà máynhiệt điện đi qua các ao để phát triển tảo và sau đó chuyển hóa chúng thành nguồnnhiên liệu diezen sinh học Nồng độ cao của CO2 trong khí quyển tiêu diệt có hiệu quảnhiều loại sâu hại Các nhà kính được nâng nồng độ CO2 tới 10.000 ppm (1%) trongvài giờ để tiêu diệt các loại sâu bệnh như rầy trắng (họ Aleyrodidae), nhện v.v

Trong y học, tới 5% CO2 được thêm vào ôxy nguyên chất để trợ thở saukhi ngừng thở và để ổn định cân bằng O2/CO2 trong máu

Một dạng phổ biến của laser khí công nghiệp là laser cacbon dioxit, sử dụngcacbon dioxit làm môi trường

CO2 cũng hay được bơm vào hay gần với các giếng dầu Nó có tác dụng như làtác nhân nén và khi hòa tan trong dầu thô dưới lòng đất thì nó làm giảm đáng kể độnhớt của dầu thô, tạo điều kiện để dầu chảy nhanh hơn trong lòng đất vào các giếnghút Trong các mỏ dầu đã hoàn thiện thì một hệ thống ống đồ sộ được sử dụng đểchuyển điôxít cacbon tới các điểm bơm

1.1.4 Ảnh hưởng của khí CO 2

CO2 trong không khí chiếm tỉ lệ thích hợp có tác dụng kích thích trung tâm hôhấp làm thúc đẩy quá trình hô hấp của sinh vật

Khí CO2 có vai trò quan trọng đối với quá trình quang hợp của cây xanh: CO2

trong không khí nguồn cung cấp C chính cho quá trình quang hợp Nồng độ CO2 trongkhông khí quyết định vân tốc của quang hợp

Khí CO2 không duy trì sự sống và sự cháy: Lợi dụng tính chất này người ta sửdụng CO2 để dập tắt đám cháy, nén khí CO2 vào các chất lỏng dễ bắt lửa để bảo quảnchúng

Khí CO2 có vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ trên bề mặt Trái Đấtnhờ vào hiệu ứng nhà kính mà nó gây ra

a Tác động tích cực

Chính nhờ khí CO2 Trái Đất mới thoát khỏi tình trạng băng hà thời nguyên thủy

và có được nền nhiệt độ hiện nay cho con người và các loài sinh vật sinh sống

Hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ bên trong của một nhà trồng cây làm bằngkính tăng lên khi mặt trời chiếu vào Nhờ vào sức ấm này mà cây có thể ra hoa, đâmchồi và kết trái sớm hơn

Băng khô là một dạng rắn của khí CO2, có ứng dụng rộng rãi trong đời sống:+ Làm lạnh: Thực phẩm, các mẫu sinh học, …

+ Sản xuất “sương mù băng khô” để tạo các hiệu ứng đặc biệt từ hỗn hợp khícácbon điôxít lạnh và không khí lạnh ẩm ướt

+ Tăng gây mưa từ các đám mây hay làm giảm độ dày của mây nhờ sự kết tinhnước trong mây

+ Sản xuất khí CO2 là nhiên liệu cho máy bay

+ Phục hồi chi tiết: Các ống lót trục bằng đồng thau hay kim loại được cho vàobăng khô để chúng co lại sao cho chúng sẽ khớp với kích thước của lỗ trục Khi cácống lót này ấm trở lại, chúng nở ra và trở nên cực kì khít

b Tác động tiêu cực

Đối với sức khỏe con người

Hàm lượng cacbon dioxit trong không khí trong lành là khoảng 0,04%, và trongkhông khí bị thải ra từ sự thở là khoảng 4,5% Khi thở trong không khí với nồng độcao (khoảng 5% theo thể tích), nó là độc hại đối với con người và các động vật khác.Hemoglobin, phân tử chuyên chở ôxy chính trong hồng cầu, có thể chở cả oxy vàcacbon dioxit, mặc dù theo các cách thức hoàn toàn khác nhau Sự tăng nồng độ củacacbon dioxit làm suy giảm liên kết với oxy trong máu Các giới hạn của OSHA chonồng độ cacbon dioxit tại nơi làm việc là 0,5% cho thời gian dài, tối đa tới 3% chophơi nhiễm ngắn (tối đa 10 phút) OSHA (tổ chức Quản lý An toàn và Sức khỏe nghềnghiệp Hoa Kỳ) cho rằng các nồng độ trên 4% là "nguy hiểm ngay lập tức đối với sứckhỏe và sự sống" Những người thở không khí chứa trên 5% cacbon dioxit trên 30 phút

có các triệu chứng tăng anhidrit cacbonic máu cấp tính, trong khi việc thở với nồng độcacbon dioxit từ 7%–10% có thể làm bất tỉnh trong vài phút Cacbon dioxit dù là dạngkhí hay dạng rắn, chỉ được tiếp xúc trong các khu vực thông gió tốt Các triệu chứngcủa phơi nhiễm cao hoặc kéo dài với lượng khí cacbon dioxit bao gồm đau đầu, nhịptim tăng lên, chóng mặt, mệt mỏi, thở nhanh và các rối loạn chức năng nghe Tiếp xúcvới cấp độ cao hơn có thể gây bất tỉnh hoặc tử vong trong vòng vài phút tiếp xúc.

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của CO 2 trong môi trường không khí đến sức khỏe

- Côn trùng ăn protein thực vật có nguy cơ bị thiếu dinh dưỡng, côn trùng sẽ có

tỉ lệ chết tăng lên, kéo theo sự sụp đổ của một số hệ sinh thái

- Loài rệp hại cây có xu hướng sinh sản nhanh hơn từ 10-15% trong môi trườnggiàu khí CO2 và sự lan truyền của loài rệp này có thể đe dọa thực vật, tới mức gây ratai họa cho mùa màng thu hoạch

- Loài động vật có vú ăn cỏ cũng bị ảnh hưởng do giảm hàm lượng protein thựcvật: Sự tiêu hóa chậm hơn, con vật biếng ăn đi và tăng trọng chậm

Đối với vật liệu

Một số chất ô nhiễm khi tiếp xúc với các thiết bị, công trình, đồ vật bằng kimloại trong không khí thường gây các hiện tượng ăn mòn, lắng đọng, phản ứng hóa họctrực tiếp, gián tiếp… làm phá hoại các vật liệu, làm giảm tuổi thọ của công trình, làmthiết bị chóng hư hỏng, nhất là trong môi trường không khí ẩm

Ví dụ: CO2 phá hoại đá dùng trong xây dựng

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

Đối với môi trường

Sự gia tăng nồng độ khí CO2 trong bầu khí quyển đã gây ra những tác động tiêucực tới trái đất như làm giảm pH của môi trường nước Sự hòa tan của khí CO2 vàotrong nước mưa và nước biển từ đó làm thay đổi điều kiện sống của các loài sinh vậttrong những môi trường đó Tuy nhiên hệ quả lớn nhất từ sự gia tăng quá mức củanồng độ CO2 trong khí quyển đó là gây ra sự ấm lên của trái đất do “hiệu ứng nhàkính” Trong bầu khí quyển, các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khíquyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài Một sốphân tử trong bầu khí quyển, trong đó trước hết là cacbon dioxit và hơi nước có thểhấp thụ những bức xạ nhiệt này và giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển Nếu không cóhiệu ứng nhà kính tự nhiên nhiệt độ trái đất chỉ vào khoảng -15 °C Tuy nhiên, sự giatăng nồng độ của các khí nhà kính trong vòng 100 năm lại đây (Cacbon dioxit tăng20%, mêtan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ thêm 2 °C Các khí nhà kính do loài ngườiphát thải ra sẽ làm tăng nhiệt độ trên toàn cầu và sẽ làm thay đổi khí hậu trong tươnglai Một số hậu quả liên đới với việc thay đổi khí hậu do hiệu ứng này có thể gây ra:

- Các nguồn nước: chất lượng và số lượng của nước uống, nước tưới tiêu, nướccho công nghiệp sẽ bị suy giảm Mưa tăng có thể gây lụt lội thường xuyên hơn tại mộtvài nơi và ngược lại gây hạn hán tại một vài nơi khác - Các tài nguyên bờ biển: mựcnước biển dâng cao có thể làm mất đi diện tích lớn đất đai, đe dọa đến cuộc sống của

cư dân ven biển và gây tổn thất lớn về kinh tế

- Sức khỏe: Số người chết vì nóng có thể tăng do nhiệt độ cao trong những chu kìdài hơn trước Sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ có thể đẩy mạnh các bệnh truyềnnhiễm

- Nhiệt độ tăng lên làm tăng các quá trình chuyển hóa sinh học cũng như hóa họctrong cơ thể sống, làm thay đổi nhịp sinh học gây nên sự mất cân bằng

- Lâm nghiệp: nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện cho nạn cháy rừng dễ xảy ra hơn

- Năng lượng: nhiệt độ ấm hơn tăng nhu cầu làm lạnh, từ đó làm tăng nhu cầukhai thác nhiên liệu hóa thạch, khí cacbon dioxit sẽ lại càng được sinh ra nhiều hơn.

- Khí hậu: nhiệt độ ấm của khí quyển cung cấp nhiều năng lượng hơn cho cáccơn bão khiến chúng mạnh hơn và khó dự đoán hơn Các hiện tượng thời tiết cực đoannhư hạn hán, lũ lụt cũng xảy ra thường xuyên hơn

- Những khối băng ở Bắc cực và Nam cực đang tan nhanh trong những năm gầnđây và do đó mực nước biển sẽ tăng quá cao, có thể dẫn đến nạn hồng thủy

Về mặt kinh tế

- Chi phí bảo vệ thiết bị, nhà cửa, làm sạch thực phẩm, bảo vệ sức khỏe conngười… cũng như những thiệt hại kinh tế do công nhân nghỉ ốm, do lãng phí nguyênliệu… là rất lớn và có xu hướng ngày càng tăng theo thời gian

- Không khí bị ô nhiễm còn kìm hãm sự phát triển của ngành du lịch và dịch vụ

do các công trình kiến trúc bị phá hủy và lượng khách du lịch giảm

1.1.5 Nguồn gốc phát sinh của khí CO 2

a Nguồn ô nhiễm tự nhiên

- Chu trình cacbon: Các nhà khoa học tính toán rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trướcđây, khi Trái Đất bắt đầu hình thành, CO2 có thể chiếm đến 80% trong khí quyển.Nhưng cách đây 2 tỷ năm, lượng CO2 chỉ còn khoảng 20-30% Trong khí quyển cònnhiều CO2 nên sự sống vẫn tồn tại Cây cối quang hợp rất mạnh làm cho nồng độ CO2

giảm xuống và lượng oxy trong khí quyển tăng lên Quá trình quang hợp tạo ra phảnứng:

6CO2 + 6H2O 6O2 + C6H12O6

Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + năng lượng

Ngoài ra, khi cây cối và động vật chết, xác chết bị phân huỷ làm cho CO2 thoát

ra Lượng CO2 ra khỏi khí quyển hàng năm được cân bằng với lượng CO2 sinh ra Nhờ

cơ chế này mà môi trường được ổn định

- Đốt phá rừng: Khi cây cối chết, chúng thải ra CO2, đó là quá trình bìnhthường của chu trình cacbon Nhưng khi cây cối bị đốn chặt để làm chất đốt thì CO2

thải ra không khí nhiều hơn Theo thống kê của Liên hợp quốc, việc phá rừng mạnhtrong 2 thập kỷ 80 và 90 (thế kỷ XX) đã làm cho lượng CO2 trong không khí tăng lên,đồng thời lượng oxy trong không khí giảm đi rõ rệt

ASMT Diệp lục

- Nhiên liệu hoá thạch: Nguồn cacbon trong nhiên liệu hoá thạch được lưu trữ

từ hàng triệu năm trước vì cơ thể sống không bị phân hủy hoàn toàn, cacbon không bịphát thải vào khí quyển dưới dạng CO2, trái lại được lưu trữ trong lòng đất Trong khikhai thác và đốt nhiên liệu hoá thạch, nguồn cacbon này mới được giải phóng Nhưvậy, việc đốt nhiên liệu hoá thạch đã nhanh chóng làm cho cacbon bị giam giữ hàngtriệu năm trước phát thải mạnh lượng CO2 Đây là nguyên nhân lớn nhất làm ô nhiễmbầu không khí

b Nguồn ô nhiễm nhân tạo

- Khí thải công nghiệp khai khoáng, luyện kim

- Hoạt động giao thông vận tải do quá trình đốt nhiên liệu động cơ

- Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra một lượng CO2 rất lớn, khoảng 80% lượngkhí CO2 được tạo ra từ hoạt động của con người

- Hoạt động sinh hoạt: đun nấu

- Chặt phá rừng bừa bãi để lấy gỗ, lấy đất trồng trọt, chăn nuôi hay xây dựng thicông công trình tạo ra khoảng 25% khí C vào bầu khí quyển, chủ yếu là CO2

- Dân số tăng nhanh cùng với quá trình CNH – ĐTH góp phần đưa vào bầu khíquyển một lượng lớn khí CO2

H ình 1.2 Một số hình ảnh về nguồn gốc phát sinh CO 2 do con người

1.1.6 Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm khí CO2

Biến đổi khí hậu đang trở thành vấn đề của kỷ nguyên và cần nhận được sựquan tâm của toàn nhân loại Tuy nhiên, hiện nay một số quốc gia, tổ chức, cá nhân vìlợi ích kinh tế trước mắt mà bỏ qua trách nhiệm của mình trong vấn đề phát thải khícacbon dioxit Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP) đang yêu cầu cácquốc gia, doanh nghiệp và cộng đồng hãy tập trung vào giải quyết các vấn đề về phátthải khí nhà kính và đưa ra các biện pháp giảm thiểu UNEP đã đưa ra 12 bước giúp bỏthói quen giảm phát thải khí CO2:

1 Đưa ra cam kết Giảm thiểu "dấu vết cacbon" thông qua các cam kết giảmthiểu khí cacbon Một số quốc gia đã cam kết tiến tới "cân bằng" cacbon như CostaRica, New Zealand và Na Uy UNEP cũng đang xúc tiến cách tiếp cận về trung hòacacbon ở tất cả các ngành và khu vực

2 Đánh giá nguyên nhân Đánh giá được nguyên nhân gây ra khí nhà kính làbước đầu để giảm thiểu khí nhà kính Việc kiểm toán và đánh giá nội bộ có thể là bướcđầu giúp giảm thiểu cho các cá nhân và doanh nghiệp nhỏ Các tổ chức lớn hơn có thể

sử dụng các công cụ như tiêu chuẩn ISO 14064 hay Nghị định thư khí nhà kính củaViện Tài nguyên thế giới (WRI) và Hội đồng Doanh nghiệp thế giới về phát triển bềnvững để kiểm kê, tính toán, quản lý và báo cáo phát thải khí nhà kính

3 Lựa chọn và lên kế hoạch Cần xây dựng chiến lược và kế hoạch hành độngdựa trên đánh giá về nguy cơ và cơ hội liên quan đến biến đổi khí hậu Cần đưa ra cácmốc mục tiêu để đánh giá thành công Kiểm toán năng lượng là công cụ hiệu quả đểgiảm thiểu năng lượng

4 Giảm thiểu khí cacbon trong cuộc sống Tất cả mọi thứ mà chúng ta tạo ra hay

sử dụng đều là một hình thức nào đó của khí cacbon, ở dạng sản phẩm, năng lượnghay nguyên vật liệu Nếu khách hàng, nhà sản xuất và nhà hoạch định chính sách đềunghĩ "giảm thiểu cacbon" và "thân thiện khí hậu" thì phát thải khí cacbon sẽ được giảmthiểu đáng kể

5 Tiết kiệm năng lượng Tiết kiệm năng lượng là cách tốt nhất và hiệu quả nhất

để tiết kiệm chi phí, năng lượng và giảm thiểu phát thải khí cacbon Ví dụ, một chuyếncông tác 2 ngày với khoảng cách 1.000 km cần một khoản kinh phí 2.000 USD, trongkhi đó trao đổi trực tuyến chỉ cần 200 USD, hay nói cách khác, tiết kiệm được 1.800USD và nửa tấn CO2

6 Chuyển sang năng lượng giảm phát thải khí cacbon Nói chung, than phátthải gấp 2 lần khí gas, 6 lần năng lượng mặt trời, 40 lần năng lượng gió và 200 lầnnăng lượng từ hydro Các chương trình "lựa chọn xanh" đang phát triển và là động cơthúc đẩy nguồn cung cấp năng lượng tái tạo Ví dụ trong ngành giao thông, các nguồnnăng lượng mới giảm phát thải khí cacbon như khí thiên nhiên nén CNG, khí dầu hóalỏng LPG, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG và nhiên liệu sinh học

7 Đầu tư vào các giải pháp thay thế sạch hơn Để bù trừ phát thải, cá nhân, tổchức có thể đầu tư vào hoạt động giảm thiểu phát thải khác Đây được gọi là "trao đổicacbon" hay "tín dụng cacbon" Tín dụng cacbon có thể được tạo ra từ việc tạo ra nănglượng không phát thải, giảm thiểu nhu cầu bao gồm tiết kiệm năng lượng hay trồngrừng

8 Hiệu quả Giảm thiểu chất thải sẽ góp phần nâng cao hiệu quả Lồng ghépcách tiếp cận 3R - giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế vào suy nghĩ của bạn

9 Sản phẩm và dịch vụ giảm phát thải khí cacbon Thị trường sản phẩm và dịch

vụ thân thiện khí hậu đang phát triển nhanh chóng, từ các sản phẩm tiết kiệm nănglượng đến các hệ thống năng lượng tái tạo Cách tiếp cận "thiết kế nhằm phát triển bềnvững", bao gồm các khâu từ thiết kế đến sản xuất thân thiện môi trường Cách tiếp cậnmới này xem xét các yếu tố môi trường ở tất cả các giai đoạn nhằm tạo ra sản phẩmgiảm thiểu tối đa tác động đến môi trường Thiết kế sinh học là một chiến lược quantrọng cho công ty cỡ nhỏ và vừa ở các nước phát triển và đang phát triển nhằm cảithiện chất lượng môi trường của các sản phẩm, giảm thiểu chất thải và cải thiện vị trícạnh tranh trên thị trường

10 "Mua xanh, bán xanh" Thị trường sản phẩm và dịch vụ xanh đang phát triểnnhanh chóng ở nhiều quốc gia Theo thống kê cho thấy, nhiều khách hàng sẵn sàngmua sản phẩm xanh nếu được lựa chọn Tuy nhiên, thị trường sản phẩm xanh chưa

được phát triển do thông tin về sản phẩm xanh chưa được phổ biến rộng rãi và độ tincậy về sản phẩm vẫn chưa cao

11 Hợp tác Nhiều công ty tư nhân đang phối hợp với các tổ chức phi chínhphủ, các chính quyền địa phương và chính phủ để xác định và thực hiện các biện phápnhằm giảm thiểu phát thải

12 Trao đổi Sự trao đổi giữa các bên là rất cần thiết Giảm thiểu phát thải, đặcbiệt cải thiện hiệu quả có thể nâng cao danh tiếng của một công ty Hay nói cách khác,các rủi ro và cơ hội liên quan đến biến đổi khí hậu cần được cập nhật phổ biến

1.2 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 1.2.1 Khái niệm về hấp thụ

Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏngnhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên mộtdung dịch các cấu tử trong chất lỏng

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân lykhí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí,trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vậtliệu rắn Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ (adsorbent),còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate).Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc môitrường không khí nói chung, loại bỏ những chất gây mùi, hơi dung môi, những chấtmàu, những ion hòa tan trong nước

1.2.2 Cơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:

- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt củachất lỏng hấp thụ

- Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

- Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khốichất lỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất hóa học, nó đượcứng dụng để:

- Thu hồi các cấu tử quý

- Làm sạch khí

- Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng

- Tạo thành sản phẩm cuối cùng

1.2.3 Phân loại

- Hấp thụ vật lý: không tương tác hóa học

- Quá trình thuận nghịch: xảy ra đồng thời hấp và nhả hấp

- Hấp thu hóa học: có phản ứng hóa học Hấp thụ hóa học là quá trình hấp thụtrong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữa cấu tử và dung môi

bé, ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi củachất hòa tan như vậy sẽ dễ tách cấu tử ra khỏi dung môi Nhiệt độ đóng rắn thấp tránhđược hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị

- Có những tính chất động học tốt

- Có khả năng hoàn nguyên tốt, không tạo kết tủa

- Có tính ổn định nhiệt hóa học

- Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị, ít độc hại đối với người

- Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp

Nước là loại chất hấp thụ sẵn có, giá rẻ và thuận tiện nhất nhưng nó chỉ có thểhấp thụ được một số ít loại khí độc hại, hơn nữa mức độ hấp thụ vật lý của nước cũng

bị hạn chế

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu

 Đối tượng: Nghiên cứu nồng độ phát thải khí CO2 từ quá trình đốt cháy C ( than) trong không khí trước và sau khi xử lý bằng dung dịch nước vôi trong (Theonồng độ khác nhau), quy mô phòng thí nghiệm

 Mục tiêu nghiên cứu : Đề xuất được một mô hình xử lý CO2 bằng nước vôitrong, chạy thử mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm để từ đó đưa ra được nồng độdung dịch nước vôi trong tối ưu

 Phạm vi nghiên cứu : Mô hình xử lý CO2 bằng nước vôi trong, quy mô phòng thínghiệm (Theo nồng độ khác nhau), tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường HàNội

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế mô hình thí nghiệm xử lý CO2 bằng dung dịch nước vôitrong: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình hấp thụ, tính toán thiết kế mô hình, giacông lắp đặt các chi tiết van khóa, đường ống, mối nối,

- Nghiên cứu chế độ đốt nhằm đưa ra dòng khí ổn định về lưu lượng và thànhphần Đưa ra giải pháp hạn chế sự phát sinh CO trong quá trình đốt nhằm thu đượchàm lượng khí CO2 tinh khiết nhất Trong nội dung này sẽ đưa ra chế độ đốt gồm:+ Xác định khối lượng than đầu vào

+ Xác định lượng khí cung cấp cho quá trình đốt, hệ số thừa khí

+ Tần suất nạp liệu để ổn định nguồn thải

- Nghiên cứu đưa ra các chế độ vận hành tháp hấp thụ theo từng điều kiện phù hợp

- Thay đổi các chế độ làm việc, xác định các nồng độ nước vôi theo các chế độvận hành khác nhau

- Phân tích, lựa chọn chế độ làm việc tối ưu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Tiến hành theo dõi hàng ngày và ghi lại các số liệu trong quá trình làm việc, tìmhiểu những tài liệu liên quan đến nội dung nghiên cứu

Thu thập, tìm kiếm các nguồn tài liệu, sách báo thông qua internet, thưviên, sao cho phù hợp với mục đích nghiên cứu

2.3.2 Phương pháp mô hình phòng thí nghiệm

a Mô hình hệ thiết bị

Hình 2.1 Mô hình hệ thiết bị xử lý khí thải

b Chế độ thí nghiệm và quy trình vận hành

Quy trình vận hành

- Nhóm bếp bằng củi và lá khô để đốt than Đợi cho củi cháy hết và than bắt đầu

bén thì cấp thêm một lượng khoảng 0,5kg than vào bếp Cứ sau 10’ thì cấp thêm 0,5kgthan vào để duy trì tình trạng cháy của bếp

- Dùng quạt thổi khí từ buồng hút cấp khí cho lò đốt kết hợp quạt hút li tâm vàotháp đệm từ dưới lên Dung dịch hấp thụ Ca(OH)2 được đưa từ thùng chứa lên tháp

và tưới lên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều của dòng khí đi vào trongtháp

tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch Ca(OH)2 còn dư nhiều (lớn hơn50g/35lít nước) Phần dung dịch còn lại được chuyển xuống bể lắng để lắng các cặnbẩn Cặn sau lắng được mang đi xử lí trộn xi măng đóng rắn sản xuất gạch không nungcòn nước lắng được đưa đi xử lý rồi mới thải ra môi trường.

 V t li u ch t o thi t b ật liệu chế tạo thiết bị ệu chế tạo thiết bị ế tạo thiết bị ạo thiết bị ế tạo thiết bị ị.

B ng 2.1 Thi t b đ ảng 2.1 Thiết bị được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau ết bị được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau ị được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau ược chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau c ch t o b ng nhi u ch t li u khác nhau ết bị được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau ạo bằng nhiều chất liệu khác nhau ằng nhiều chất liệu khác nhau ều chất liệu khác nhau ất liệu khác nhau ệu khác nhau.

Gò, cắt, trát tạohình

0,3mm

Đinh vít, Xi măngchịu nhiệt, keo chịu

nhiệt

Khoan, cắt,bắt vítkhung, gắn keochịu nhiệt

ngoài

Khoan,cắt,bắt vítkhung, tạo hình ,keo chịu nhiệt

Khoan, cắt, bắt vítkhung, tạo hình,gắn kết các bộphận bằng keochịu nhiệt

hệ thống

Thép trắng mạkẽm 2mm hộpvuông, thép chữ v

Bulong đinh ốc, góc

V

Khoan, cắt, bắt vítkhung

Khoan, cắt, bắt vítkhung gắn kết các

bộ phận bằng keo,bọc lớp màngnhôm

Khoan, cắt, gắnkeo

Hàn, sơn, màiGia công guồngđộng

 Mô t quy trình v n hành chi ti t ả quy trình vận hành chi tiết ật liệu chế tạo thiết bị ế tạo thiết bị.

Bưới thiệuc 1: Đ 35lít nổ 35lít nước vào tháp giữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ưới thiệuc vào tháp gi l i 5lít trên thùng hòa tr n ữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ại ội dung nghiên cứu

Bưới thiệuc 2: Nhóm lò, chu n b than c i,gi y ti n hành nhóm lò; kh i đông qu t, mẩn bị than củi,giấy tiến hành nhóm lò; khởi đông quạt, mở ị phụ trợ: ủa CO ất hóa lý của CO ết bị phụ trợ: ởng của khí CO ại ởng của khí COvan đì u ch nh gió ề hấp thụ ỉnh gió

Bưới thiệuc 3: Cân lượng, mục tiêu nghiên cứung vôi và than c n dung ,chú ý ch nên đ t than cháy t t vìần 1 ỉnh gió ốc phát sinh của khí CO ừ từ vì ừ từ vì

lượng, mục tiêu nghiên cứung nhi t phát ra l n sẽ làm gi m tu i th thi t b Chia đ u lệu ới thiệu ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ổ 35lít nước vào tháp giữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ọ thiết bị Chia đều lượng than cần ết bị phụ trợ: ị phụ trợ: ề hấp thụ ượng, mục tiêu nghiên cứung than c nần 1

đ tốc phát sinh của khí CO

Bưới thiệuc 4: Cho vôi vào thùng hòa tr n khu y đ u ội dung nghiên cứu ất hóa lý của CO ề hấp thụ

Bưới thiệuc 5 : Kh i đ ng b mởng của khí CO ội dung nghiên cứu ơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước:

Bưới thiệuc 6: Ch cho lò cháy n đ nh kho ng 10 đ n 15 phút r i ti n hành đo m u.ời ổ 35lít nước vào tháp giữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ị phụ trợ: ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ết bị phụ trợ: ồn gốc phát sinh của khí CO ết bị phụ trợ: ẫu COChú ý lò ph i có ng n l a màu h ng r c.ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ọ thiết bị Chia đều lượng than cần ử lý số liệu ồn gốc phát sinh của khí CO ực 1,

Bưới thiệuc 7 : Ti n hành gi l a b ng cách ti p than vào lò , duy trì n ngu n th i giết bị phụ trợ: ữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ử lý số liệu ằng tháp hấp thụ ết bị phụ trợ: ổ 35lít nước vào tháp giữ lại 5lít trên thùng hòa trộn ồn gốc phát sinh của khí CO ảm thiểu ô nhiễm khí CO2 ảm thiểu ô nhiễm khí CO2

đ nh ị phụ trợ:

 Ch đ thí nghi m ế tạo thiết bị ộ thí nghiệm ệu chế tạo thiết bị.

Phân tích 2 ch đ qu t hút làm vi c v i l u lởng của khí CO ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ại ệu ới thiệu ư ượng, mục tiêu nghiên cứung hút khác nhau (max)

427 m3/h và (min) 260 m3/h m i ch đ đi u ch nh b m theo 3 ch đ th yởng của khí CO ỗi chế độ điều chỉnh bơm theo 3 chế độ thủy ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ề hấp thụ ỉnh gió ơ cấu của quá trình có thể chia làm ba bước: ết bị phụ trợ: ội dung nghiên cứu ủa CO

l c khác nhau 0,15; 0,25; 0,35 l/sực 1,

2.3.3 Phương pháp phân tích

a Phương pháp đo nhanh bằng máy đo khí đa năng Testo 350 – XL

Testo 350 XL được trang bị với cell đo O2, CO, NO, NO2, đo áp suất chênh lệch,

2 ổ cắm đầu dò nhiệt độ, bộ làm lạnh khí, 1 ổ cắm kết nối cáp truyền dữ liệu, van tựđộng rửa đường ống bằng khí sạch, pin sạc, bộ nhớ lưu trữ 250000 giá trị, có thể mởrộng lên 6 cell đo (HC, H2S, SO2, CO2 đo bằng hồng ngoại)

+ Áp suất tuyệt đối : 600 đến 1,150hPa; ±10hPa; 1hPa

+ Vận tốc khí : 0 đến 40 m/s (tính ra lưu lượng hkí thải)

+ Hiệu suất đốt: 0 đến120%

+ Hệ số suy hao khí : 0 đến 99% (Flue gas loss)

+ Nhiệt độ điểm sương : 0 đến 99.90C

b Phương pháp hấp thụ CO2 bằng Baryt (Tiêu chuẩn ngành 52TCN353-89)

Phản ứng chuẩn độ: Ba(OH)2 + HOOC-COOH Ba(COO)2 + H2O

Biết được lượng dư sẽ tính được lượng Ba(OH)2 đã tác dụng Từ đó tính ranồng độ CO2 trong không khí

+ Dung dịch Baryt: Cân 1,40g Ba(OH)2.2H2O và 0,08g BaCl2 pha trong nướccất, thêm vừa đủ 1 lít ( Hoặc 1,06g Ba(OH)2.8H2O và 0,047g BaCl2.2H2O pha thành500ml)

Yêu cầu chung đối với việc lấy mẫu: Điểm lấy mẫu được bố trí ở nơi trống,thoáng gió từ mọi phía, đảm bảo đại diện cho khu vực quan tâm; số lượng điểm đo,phân bố các điểm trong khu vực đo cũng như chương trình đo được xác định theo yêucầu cụ thể

Lấy hai ống hấp thụ, mỗi ống chứa 10ml dung dịch Baryt và thêm 2 giọt dungdịch phenolphtalein Lắp nối tiếp Hút không khí qua với tốc độ 100 ml/phút Lấy từ 1-2lít không khí Ngừng lấy nếu thấy màu dung dịch phai đi, ghi lại thể tích không khí

đã lấy

Sau khi hấp thụ mẫu xong, lấy toàn bộ dung dịch ở hai ống hấp thụ và nước trángrửa hai bình hấp thụ Cho vào bình định mức và định mức đến vạch Sau đó lấy mộtthể tích chính xác đem chuẩn độ Hoặc lấy toàn bộ dung dịch ở hai ống hấp thụ vànước tráng rửa hai bình hấp thụ đem chuẩn độ Hoặc hòa trộn dung dịch ở hai bình hấpthụ rồi lấy một thể tích chính xác đem chuẩn độ Cũng có thể chuẩn độ riêng dung dịchhấp thụ ở mỗi bình rồi cộng lượng khí thu được ở hai bình với nhau

C1, V1 : lần lượt là nồng độ đương lượng và thể tích ban đầu của Ba(OH)2

C2, V2 : lần lượt là nồng độ đương lượng và thể tích ban đầu của (COOH)2

V : Thể tích không khí đã hấp thụ vào dung dịch ở điều kiện tiêu chuẩn (lít)

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu

(C 1V1 – C2V2) 1000.22

Vkhí

Các số liệu phân tích môi trường sẽ được xử lý bằng phương pháp xác suất thống

kê bằng các phần mềm như EXCEL

Số liệu phân tích từng ngày được ghi chép vào sổ tay cá nhân ngay tại phòngphân tích, sau đó được nhập lại vào bảng dữ liệu excel để dễ dàng tính toán, quản lý vàtheo dõi sự biến động của số liệu, qua đó có thể đánh giá và điều chỉnh các điều kiện,chế độ vận hành để đạt được kết quả mong đợi

Để có thể sử dụng một cách hiệu quả số liệu phân tích trong quá trình thựcnghiệm, việc thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá số liệu trong suốt quá trìnhnghên cứu là không thể thiếu và hết sức cần thiết, quyết định đến sự thành công củanghiên cứu

:

-

NƯỚC VÔI TRONG (QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM)

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ

3.1.1 Tính toán lượng khí thải độc hại khi đốt

- Nhiên liệu được sử dụng là than, với thành phần gồm có: cacbon (Cp), hyđro(Hp), oxy (Op), nitơ (Np), lưu huỳnh (Sp), độ tro (Ap) và độ ẩm (Wp), tổng của toàn bộcác thành phần đúng bằng 100% (Bảng 3.1).

- Có thể tóm tắt các đặc điểm của các nguồn thải theo bảng 3.2 sau:

Bảng 3.2 Đặc điểm nguồn thải

Lượng nhiên liệu tiêu

Hệ số cháy không hoàn

Nhiệt năng của nhiên

4 Lượng khí SO₂

3chuẩn/kgNL

6 Lượng khí CO₂

3chuẩn/kgNL

7 Lượng hơi nước

VH₂O= 0,111Hᵨ

m3chuẩn/kgNL

8 Lượng khí N₂

3chuẩn/kgNL

b) Quy đổi ra

m3chuẩn/kgNLc) Thể tích khí N₂

tham gia vào phản

ứng của NOx

3chuẩn/kgNL

/kgNL

tham gia vào phản

Nồng độ (mg/Nm 3 )

Giới hạn cho phép ở điều kiện chuẩn

Giới hạn cho phép( ở điều kiện thực tế)

Hiệu suất phải

xử lí

Yêu cầu

xử lý

NOx xử lý

[1, tr.4 - 5]

Có thể tóm tắt các đặc điểm của các nguồn thải theo bảng 3.4:

Bảng 3.4 Đặc điểm nguồn thải

- Xc – Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolH2O).

- Yđ – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolkk)

- Yc – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải khi đi ra tháp hấpthụ, (kmolSO2/kmolkk)

- xd – Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolhh)

- Xc – Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolhh)

- yđ – Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

- yc – Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

- G – Suất lượng hỗn hợp khí, (kmolhh/h).

- Gtr – Suất lượng khí trơ, (kmol khí trơ/h)

- Ltr – Suất lượng cấu tử lỏng trơ, (kmol trơ/h)

a Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp hấp thụ:

Ltr

Xđ

Gtr Yc

Yđ

Y c

X đ

X

Y

Y*=mX

Đường làm việc

Đường cân bằng

v = 2,123.10-4 ( mol SO2/mol khí trơ).

Nồng độ đầu ra của SO2

Theo QCVN 19-2009/BTNMT: [SO2] = 500 mg/m3 (0oC, 1at)

 Nồng độ mol tương đối của SO2:

c Lập phương trình đường làm việc:

- Suất lượng mol của hỗn hợp khí thải:

G = n × Q =37 (mol/m3) × 32,1 (m3/h) = 1176,5 (mol/h) = 1,1765(kmol/h)

- Suất lượng khí trơ:

Gtr = G ×(1 – yđ) = 1176,5 × (1 - 2,123.10-4) = 1176,3 (mol khí trơ/h)

- Xác định đường làm việc: đi qua 2 điểm (Xv, Yr) và (Xr, Yv):

Y * = mX1+ (1-m) X (đường Yd = 1,447.10-4 cắt đường cân bằng)

Yd = 2,123.10-4=> 110,39X*c = 2,123.10-4+ 2,123.10-4.(1-110,39) X*c

<=> 110,39X*c = 2,123.10-4- 0,02322 X*c (mol SO2/mol khí trơ)

<=> X*c = 0,00192.10-3(mol SO2/mol khí trơ)

- Lượng dung môi tối thiểu:

Với Xđ = 0

 Ldm min = Gtr ¿

Yđ− YcX∗ ¿¿c¿¿− Xđ¿

=44303,1 (mol/h)

- Lượng dung môi thực tế lấy bằng 1,2 lượng dung môi tối thiểu:

Lthuc = 1,2Ldm min =1,2 x 44303,1 = 53163,79 (mol/h)

molSO2moldungmôi ).

Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm: M (Xd , Yc) N (Xc , Yd)

- Phương trình đường làm việc có dạng:

Y = AX + BVới: