nguyên tắc thiết kế hệ thống xử lý nước thải

9 HCl và HF Được phát thải từ các quá trình đốt trong công nghiệp, trong thành phần nguyên liệu của quá trình này có chứa các hợp chất cho hữu cơ và flo hữu cơ.. Giới hạn phát thải:

• CO và các hợp chất hữu cơ ôxi hóa chưa hoàn toàn (vd: PAH)

• VOCs (Volatile organic compounds) và các hợp chất hữu cơ khác

Primary and Secondary Gaseous Contaminants

3

Sulfur Dioxide và hơi Sulfuric Acid

• 94% - 95% (V) thành phần lưu huỳnh trong

nhiên liệu sau khi cháy sẽ chuyển hóa thành

SO2 và H2SO4

• 1%-2% (V) SO2 phát thải sẽ chuyển hóa thành

H2SO4

5

Được phát thải sơ cấp từ các nguồn ô nhiễm không khí có nguồn gốc thiên nhiên

Phát thải ttừ sản xuất công nghiệp có sử dụng các chất amôn, vd: NH4OH, NH4Cl

Là chất ô nhiễm thứ cấp hình thành từ một số hệ thống kiểm soát NOx (NOXcontrol systems)

6

Các hợp chất oxi hóa chưa hoàn toàn trong khí thải

Partially Oxidized Compounds

Oxyt cacbon: CO Các chất hữu cơ ôxi hóa chưa hoàn toàn: nhóm PAH

7

Các hợp chất hữu cơ bay hơiVOCs

VOCs là thành phần hữu cơ (có trong nguyên nhiên liệu) có thể bay hơi trong các quá trình sản xuất công nghiệp

VOCs sẽ tham gia vào các phản ứng quang

hóa khi phát thải vào khí quyển

VOCs gây cháy nổ, mùi, ảnh hưởng đến sức

khỏe

Đa số các hợp chất hữu cơ hiện diện trong

khí thải đều là VOCs

8

Bảng 1 Các hợp chất hữu cơ nguy hại

Organic HAP Compounds

Table 1-2 Example Organic HAP Compounds Compound CAS

Number Compound Number CAS Compound Number CAS

Acrylonitrile 107131 Hexane 110543 Tetrachloroethylene 127184

Benzene 71432 Methylene chloride 75092 2,4 Toluene diisocyanate 584849

13, Butadiene 106990 Methyl ethyl

Carbon

disulfide 75150 Methyl isocyanate 624839 Trichloroethylene 79016

Chlorobenzene 108907 Naphthalene 91203 Xylenes 95476

Chloroform 67663 Nitrobenzene 98953

(Nguồn: EPA)

9

HCl và HF

Được phát thải từ các quá trình đốt trong

công nghiệp, trong thành phần nguyên

liệu của quá trình này có chứa các hợp

chất cho hữu cơ và flo hữu cơ

HCl và HF cũng có mặt trong thành phần

khí thải của quá trình khai khoáng và

công nghiệp tinh luyện các khoáng

quặng

100% thành phần Clo và Flo trong nhiên

liệu sẽ chuyển hóa thành HCl và HF trong khí thải

10

có tính khử trong khí thải

Hydrogen Sulfide, H2S Methyl Mercaptan, CH3SH Dimethyl Sulfide, (CH3)2S Dimethyl Disulfide, (CH3)2S2

11

Căn cứ pháp lý kiểm soát ONKK

1 Giới hạn phát thải: nồng độ chất ô nhiễm trong dòng

khí thải (qua ống khói) không được cao hơn nồng độ tối đa cho phép trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải tương ứng:

•QCVN 19: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí

thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

•3 QCVN 20: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ

•4 QCVN 21: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

khí thải công nghiệp sản xuất phân bón hóa học

•5 QCVN 22: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

khí thải công nghiệp nhiệt điện

•6 QCVN 23: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

khí thải công nghiệp sản xuất xi măng

12

Căn cứ pháp lý kiểm soát ONKK

2 Nồng độ tối đa trong không khí xung quanh:

Nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí

xung quanh không được cao hơn giới hạn cho phép quy định tại quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

• Không có cơ sở pháp lý trực tiếp đối với doanh nghiệp

gây ô nhiễm nói chung

• Kết quả tổng hợp của nhiều nguồn phát thải (mô hình

phát tán)

• Có ý nghĩa trong quản lý chất lượng môi trường không

khí

13

Căn cứ pháp lý kiểm soát ONKK

3 Nồng độ tối đa trong môi trường lao động:

Nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí

trong môi cơ sở sản xuất, nhà máy, xí nghiệp không được cao hơn giới hạn cho phép quy định tại các tiêu chuẩn môi trường lao động của Bộ Y tế

• Cao hơn nồng độ xung quanh,

• Thấp hơn giới hạn phát thải

• Có ý nghĩa trong đảm bảo an toàn sức khỏe người lao

động

• Giải quyết bằng biện pháp thông gió

14

Kết luận (3)

Việc kiểm soát các chất ô nhiễm không khí vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hiệu chỉnh các quy định pháp lý nhằm phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu hiện nay Trong đó, phân loại/ phân hạng các nguồn phát thải đặc biệt được chú trọng Tuy nhiên, mức độ nguy hiểm của quá trình ô nhiễm không khí không chỉ dừng lại ở các tác động trực tiếp lên cơ thể con người Ngày nay, các nghiên cứu cho thấy, rất nhiều CON đang tác động xấu đến các cao tầng khí quyển và là nguyên nhân hình thành các dạng ô nhiễm bụi dạng mới ( CON thứ cấp ) ở cao tầng này

Vì vậy, các tác động môi trường của khí thải ô nhiễm cần được nghiên cứu đánh giá lại

Du My Le 15

Control Techniques for Gaseous Contaminants

0.2 Tổng quan các nguyên tắc xử lý

khí ô nhiễm

Các thông số cần biết khi thiết kế XLKT

16

1 Đặc tính nguồn phát thải và tính chất của chất ô

nhiễm  lựa chọn công nghệ và tính toán thiết kế:

Các chất ô nhiễm không khí đặc trưng và nồng độ

của nó

Thành phần ô nhiễm bụi; nồng độ đặc trưng tương ứng giữa các thành phần này

Đặc tính của bụi trong dòng khí thải (tính chất vật lý,

hóa học… của bụi)

Nồng độ ôxy tối thiểu, trung bình và tối đa trong dòng

khí thải

Nhiệt độ dòng khí thải

Đặc tính cháy/nổ của chất ô nhiễm

Các thơng số cần biết khi thiết kế XLKT

17

2 Cần phải biết chính xác lưu lượng dòng khí cần xử

lý  Xác định đường ống, quạt hút, kích thước thiết

bị xử lý, tính giá thành :

Lưu lượng khí thải trung bình và tỉ lệ giữa lưu

lượng khí thải cao nhất - thấp nhất (peak flow

rates)

Lưu lượng khí thải trung bình và các nhiệt độ đặc

trưng của dịng khí thải

Lưu lượng khí thải qua các cơng đoạn (thiết bị) xử

lý

18

Các hợp chất hữu cơ Carbon monoxide (CO) Ammonia

Hydrogen (thường tồn tại cùng với các hợp chất hữu cơ)

Hydrogen sulfide

19

Explosive Limit Concentrations

Giới hạn cháy nổ thấp Lower Explosive Limit ( LEL )

Giới hạn cháy nổ cao Upper Explosive Limit ( UEL )

(Nguồn: National Institute for Occupational Safety and Health (June 1997)

1 Nhân giá trị trong bảng với 10.000 để chuyển đổi nồng độ sang ppm

VD: 2% (bảng) tương ứng 20.000 ppm

22

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị LEL và UEL

Nhiệt độ dòng khí thải

Áp suất dòng khí thải Nồng độ oxy trong khí thải

Mức độ chính xác của dữ liệu thu thập (các yếu tố của công nghệ sản xuất, quá trình lấy mẫu khí, phân tích…)

23

Các vấn đề cần quan tâm khi kiểm tra giá trị nồng độ LEL của dòng khí thải

Giá trị Oxygen thấp hơn 10%

Giá trị Oxygen cao hơn 21%

sensor của thiết bị đo

Áp suất tuyệt đối của dòng khí thải rất

cao hoặc rất thấp

Dòng khí thải có chứa thành phần dễ

cháy hoặc có chứa bụi sợi hữu cơ, bụi

vải

24

Các nguồn phát thải khí có tính chất cháy nổ

Nguồn phát thải mang yếu tố tĩnh điện (do sự di

chuyển của khí qua có lớp đệm)

Khí thải có thành phần bụi kim loại (do ma sát lẫn nhau giữa các thành phần khi dòng khí lưu chuyển trong các hệ thống thu gom khí (chụp hút, quạt

hút/thổi)

Dòng khí thải đi qua bộ phận có sự xuất hiện

tương tác giữa kim loại và kim loại trong dây

chuyền sản xuất

Khí thải từ các bề mặt gia nhiệt (Hot surfaces)

Khí thải từ hệ thống có các thiết bị điều khiển,

thiết bị đo đạc dùng điện

Các loại khí thải có tiềm năng dễ cháy nổ không thể

giám sát bằng thông số LEL

25

Khí thải chứa bụi than

Khí thải chứa bụi gỗ

Khí thải từ các quá trình sản xuất bột, ngũ

cốc…(hoặc liên quan đến các quá trình này)

Khí thải chứa bụi kim loại (vd: nhôm)

Khí thải chứa bụi cacbon

Khí thải chứa bụi sợi hữu cơ

26

Phương pháp hấp phụ - Adsorption

Phương pháp hấp thụ bằng dung dịch

lỏng ( Absorption into aqueous liquids )

Phương pháp lọc sinh học - Biofiltration

Phương pháp Oxi hóa – Oxidation

Phương pháp khử - Reduction

Phương pháp ngưng tụ - Condensation

Các phương pháp xử lý khí thải

27

KHÍ THẢI

Xử lí tạp chất hơi

Xử lí sương mù và giọt lỏng tạp chất khí Xử lí

Xử lí bụi

Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp xúc tác

Phương pháp nhiệt

Phương pháp ngưng tụ Thiết bị

rửa khí:

trần, đệm, mâm,

va đập, quán tính,

li tâm, vận tốc lớn

Lắng

thu:

mâm, đệm, màng, phun

Tháp hấp phụ với lớp tĩnh, động và tầng sôi

Thiết bị phản ứng ngưng tụ Thiết bị Lắng

quán tính

Lò đốt đèn khò

Phương

pháp khô pháp ướt Phương

Lọc điện khô Lọc điện ướt Lọc sương Lưới thu giọt lỏng

PP SINH HỌC

Hướng đến các giải pháp sạch trong tương lai

Sơ đồ 1

End of Chapter 0

Thank you for your listening!

28

Cơ sở tính tốn cơ học dịng khí thải

1

Kỹ thuật xử lý khí thải

P

P V

V



2

1 2

1

T

T V

V



2

2 2 1

1 1

T

V P T

V P



AMW (average molecular weight)

3

 Thành phần theo khối lượng (mi = %w):

 Thành phần theo thể tích (Vi= %v)

i i

i

V G

AMW

Khối lượng riêng (density)

4

 Khối lượng riêng:

 ρG: khối lượng riêng (g/L = kg/m 3 )

 P : áp suất tuyệt đối, kg/cm 2

 T: nhiệt độ tuyệt đối, K

033 ,

1

273 4

, 22

P T

AMW



m nRT

PV  

Hằng số Avogadro – nồng độ ppm

6

 Định luật Avogadro: 1 mol chất khí (lý tưởng) ở điều kiện chuẩn (0oC, 760 mmHg):

 Có chứa 6,02.10 23 phân tử (Hằng số Avogadro)

 Có thể tích bằng 22,4 lít

22

3

/

P T

M C

m

Độ nhớt (viscosity)

7

 Độ nhớt động lực học:

 τ : ứng suất trượt (cắt - shear)

 F : lực tác động

 A : diện tích tiếp xúc

 μ : độ nhớt động lực học (dynamic viscosity), Pa.s, Poise

 Độ nhớt động học (kinetic viscosity):

y

u A

Độ nhớt (viscosity)

8

Độ nhớt (viscosity)

9

 Đơn vị của μ: Pascal giây

 1 Pa.s (Pascal second) = 1 N.m-2.s = 1 kg.m-1.s-1

Độ nhớt (viscosity)

Kỹ thuật Xử lý khí thải – Trần Tiến Khơi

T

C T

Độ nhớt (viscosity)

Kỹ thuật Xử lý khí thải – Trần Tiến Khơi

Kỹ thuật xử lý khí thải Trần Tiến Khôi – Dư Mỹ Lệ

1

Bài 2: Bụi

2

Định nghĩa của EPA:

 “ Bụi là hỗn hợp của các hạt rắn và giọt lỏng có kích thước rất nhỏ Bụi bao gồm nhiều thành phần khác nhau như acids (nitrates, sulfates), chất hữu cơ,kim loại, đất và các hạt cát”

 Kích thước hạt bụi có liên quan trực tiếp đến tác hại của nó đến sức khỏe

Bụi - Particulate Matter (PM)

3

 Chiếm tỉ trọng khá lớn trong kiểm soát ô nhiễm không khí

 Kích thước và hình dáng đa dạng

 Bao gồm các hạt lỏng và các hạt bụi khô

 Phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau:

Droplet Evaporation

Kích thước – nguồn gốc hạt bụi

Đường kính hạt bụi, µm

Bụi hình thành do ma sát, sự mài mòn vật lý

Bụi tro từ quá trình đốt

Bụi dạng hạt từ quá trình hóa hơi

Bụi dạng hạt không đồng nhất

Bụi dạng hạt đồng chất hình thành do ngưng tụ

6

Kích thước – nguồn gốc hạt bụi

7

9

Phân bố kích thước hạt

e i

L

L L

C

C

C E

• E: hiệu suất xử lý (%)

• Ej : hiệu suất xử lý hạt bụi kích thước i

• mj: phần khối lượng (mass fraction) của hạt bụi kích thước j

• Ci : nồng độ vào, g/s

• Ce: nồng độ ra, g/s

• Li : tải lượng đầu vào, g/m3

• Le: tải lượng đầu ra, g/m 3

Xác định hiệu xuất xử lý theo số hạt (number

efficiency), và theo khối lượng (mass efficiency)

Ví dụ 2.1

12

dj, μm Ej Mass unit nj in Mj in nj captured

Mj captured

50,000

100 0.99 1,000,000 100

100,000,000 99

99,000,000

300

100,100,100 159

99,050,010

Number E% 53.00%

Mass E% 98.95%

mass fraction Ej x nj Ej x mj

100,000 0.33

9.990E-04 0.167 0.0005

100 0.99

1,000,000 100

10,000,000 0.33

9.990E-01 0.330 0.98901

300

100,100,10

Một số đặc tính vật lý của hạt bụi hình cầu (đường kính, thể tích, diện tích bề mặt)

14

Spherical Particle Diameter, Volume,

and Surface Area

Particle Diameter, m

Particle Volume, cm3

Particle Area, cm2

15

Đường kính khí động (aerodynamic diameter)

Là đường kính của hạt bụi hình cầu tỉ trọng bằng 1 (1000 kg/m 3 )có vận tốc lắng trong không khí tĩnh bằng vận tốc lắng của hạt bụi đang xét

Cascade Impactors

Khối lượng riêng hạt bụi

Đường kính khí động (aerodynamic diameter)

p p

Tương quan đường kính khí động và khối lượng riêng của bụi

Tương quan giữa đường kính khí động và hình dạng hạt bụi

Aerodynamic Diameters

of Differently Shaped Particles

Solid Sphere  = 2.0 gm/cm 3

d p = 1.4 m

d a = 2.0 m

Hollow Sphere

(Dạng rỗng / dạng vành khăn)

 = 0.50 gm/cm 3

d p = 2.80 m

Irregular Shape

(Dạng không đều)

 = 2.3

d p = 1.3 m

18

Chuyển động của hạt bụi trong dòng khí

Lực kéo hạt bụi bởi các phân tử khí

Hướng di chuyển của bụi trong dòng khí

FD

v ρ πd

C F

2 p g

2 p D

Drag Force – sức cản, lực lôi cuốn

2

v ρ A

C F

2 p g p D

•FD: lực cản - lực ma sát (drag force) (N)

•CD: hệ số sức cản (phụ thuộc trạng thái dòng chảy)

•Ap : diện tích hình chiếu hạt bụi, (m2)

•ρg: khối lượng riêng không khí (kg/m3)

•vp: vận tốc của hạt bụi (m/s)

•dp: đường kính hạt bụi (m)

Hệ số sức cản CD

1) (Re

Re

24

=

C

3 1

Re) (1.000

0.44

=

-Trạng thái chảy tầng (laminar):

-Trạng thái chuyển tiếp (transitional):

-Trạng thái chảy rối (turbulent):

21

Lực cản (Drag Force) theo thực nghiệm

22

Định luật Stokes (George Gabriel Stokes, 1851):

Công thức Stokes được tác giả đưa ra khi giải phương

trình Navier-Stokes ở trạng thái chảy tầng (Reynolds <<1)

Lực cản (Drag Force) theo thực nghiệm

  d v 2,31

=

FD  p p 1.40.6g0.4

p p

23

Trạng thái chuyển tiếp (transitional):

Trạng thái chảy rối (turbulent):

(6.21 +

26

Các trạng thái dòng chảy

Hệ số Reynolds của dòng bụi

27

Re≤1 1≤Re≤1.000 1.000< Re

Lực hút trọng trường lên hạt bụi

3 p p

3 p g

A





Vận tốc lắng cuối của hạt bụi trong lớp chảy tầng

)

(

= -F

F

3 p p

C

d v

3

=

p p

3 p p

C

d v

3

= 6

g d

) (   g   

c

2 p g

p p

18

)d -

(

g v

= v

Vận tốc lắng cuối ở trạng thái chuyển tiếp

0.71 p

1.14 p

3 0.4

g

0.6 1.4

p p

Vận tốc lắng cuối ở trạng thái chảy rối

g 1,74

v

= v

0.5

g

p p

3 p

g

2 p p

Ghi chú đơn vị

32

•ρp: khối lượng riêng của hạt bụi (g/cm3)

•ρg: khối lượng riêng của không khí (g/cm3)

•dp: đường kính hạt bụi (cm)

•vt: vận tốc lắng cuối (giới hạn) (cm/s)

•µ: độ nhớt của không khí (g/cm.s)

•g: gia tốc trọng trường (g= 980,6 cm/s2)

Kỹ thuật xử lý khí thải Biên soạn : TS Trần Tiến Khôi

(có sử dụng một số slide từ bài giảng của ThS Dư Mỹ Lệ)

1

Tính toán thiết kế thiết bị xử lý bụi

Đặc điểm nguồn ô nhiễm (Characteristics)

Trước khi chọn phương án, tính toán xử lý bụi, cần phải có thông tin sau:

 Đặc điểm nguồn bụi (PM Characteristics)

 Đặc điểm dòng chảy (gas stream)

 Điều kiện quá trình (Process conditions)

2

Đặc điểm của bụi (Characteristics)

Phát thải ra môi

trường

(chụp hút, quạt hút, đường ống thu khí…)

(Xử lý thành phần bụi)

(từ các thiết bị

trong dây

chuyền sx)

(Xử lý thành phần ô nhiễm dạng khí) (Pha loãng

dòng khí)

7

KHÍ THẢI

Xử lí sương mù và giọt lỏng

Xử lí bụi

Lọc điện khô

Lọc điện ướt

Chắn sương

Sơ đồ 1

Lọc

Lưới thu giọt lỏng

8

Buồng lắng bụi

• Hạt bụi rơi dưới tác dụng của trọng lực theo phương

thẳng đứng khi chạm được đáy trước điểm N thì coi như

bị giữ lại trong buồng lắng

• Vận tốc chuyển động theo phương thẳng đứng (Uy) bằng vận tốc lắng giới hạn của hạt bụi (Vt)

Tính tóan thiết kế

12

1 Tính vận tốc lắng giới hạn của các nhóm hạt (theo

đường kính), giả thiết ở trạng thái chảy tầng:





  g

m

Vận tốc (Ux) tối đa

• h: quãng đường dịch chuyển của hạt bụi theo

phương thẳng đứng trong thời gian τ (m) – gọi

H W

L Q

H W

L  