CÔNG NGHỆ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÍ

Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất ô nhiễm III.1.1. Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu III.1.2. Thay đổi công nghệ và thiết bị III.1.3. Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu III.1.4. Kiểm tra, trang bị thiết bị an toàn phòng chống sự cố III.1.5. Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường III.1.6. Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng,… III.2. Xử lý chất ô nhiễm III.2.1. Xử lý chất ô nhiễm dạng khí (nguyên tắc, yêu cầu về tính chất khí, hỗn hợp khí, công nghệ, kinh tế) III.2.1.1. Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.2. Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.3. Xử lý khí bằng phương pháp nhiệt (nguyên tắc, đặc điểm phương pháp nhiệt và phương pháp xúc tác, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.4. Xử lý khí bằng phương pháp ngưng tụ (nguyên tắc, đặc điểm, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.5. Xử lý khí bằng phương pháp sinh học (nguyên tắc, đặc điểm, phương pháp rửa bùn hoạt tính, đệm sinh học, lọc sinh học, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối). III.2.2. Xử lý chất ô nhiễm dạng bụi III.2.2.1. Nguyên tắc chung III.2.2.2. Tách bụi bằng phương pháp khô III.2.2.3. Tách bụi bằng phương pháp ướt III.3. Pha loãng chất ô nhiễm 34 Sử dụng chất thải thu hồi được sau xử lý

CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÍ III.1 Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất ô nhiễm

III.1.1 Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu

III.1.2 Thay đổi công nghệ và thiết bị

III.1.3 Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu

III.1.4 Kiểm tra, trang bị thiết bị an toàn phòng chống sự cố

III.1.5 Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường

III.1.6 Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng,…

III.2 Xử lý chất ô nhiễm

III.2.1 Xử lý chất ô nhiễm dạng khí (nguyên tắc, yêu cầu về tính chất khí, hỗn hợp khí, công nghệ, kinh tế)

III.2.1.1 Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết

bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

III.2.1.2 Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị,

ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

III.2.1.3 Xử lý khí bằng phương pháp nhiệt (nguyên tắc, đặc điểm phương pháp nhiệt và

phương pháp xúc tác, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

III.2.1.4 Xử lý khí bằng phương pháp ngưng tụ (nguyên tắc, đặc điểm, thiết bị, ưu nhược

điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

III.2.1.5 Xử lý khí bằng phương pháp sinh học (nguyên tắc, đặc điểm, phương pháp rửa bùn hoạt tính, đệm sinh học, lọc sinh học, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

III.2.2 Xử lý chất ô nhiễm dạng bụi

III.2.2.1 Nguyên tắc chung

III.2.2.2 Tách bụi bằng phương pháp khô

III.2.2.3 Tách bụi bằng phương pháp ướt

III.3 Pha loãng chất ô nhiễm

3-4 Sử dụng chất thải thu hồi được sau xử lý

CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÍ

Không khí rất cần thiết cho đời sống con người, loài vật, thực vật Không khí bao trùm khắp không gian vì vậy những chất ô nhiễm có trong không khí có thể tràn lan trong một diện tích rộng Từ lâu vấn đề làm sạch khí quyển, chống ô nhiễm đã trở thành vấn đề được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, đặc biệt ở những nước có nền công nghiệp phát triển, mật độ tập trung các nhà máy cao, và mật độ dân cư tường đối lớn

Bên cạnh những ngành công nghiệp như hóa chất, luyện kim, năng lượng,… là nguyên nhân sinh

ra các chất ô nhiễm thải vào không khí còn có những ngành công nghiệp mà do sự ô nhiễm không khí ảnh hưởng tới chât lượng sản phẩm như công nghiệp vật liệu bán dẫn,công nghiệp dược phẩm

III.1 Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất ô nhiễm

Đại cương về nguồn gốc sinh ra chất ô nhiễm khí có thể do những nguyên nhân sau:

- Do các phản ứng hoá học của bất cứ một quá trình nào

- Do những phương pháp sản xuất công nghệ đặc biệt

- Do quá trình ngưng tụ hoặc bay hơi

- Do các quá trình khuếch tán

- Do các quá trình gia công cơ: nghiền, đập, sàng,…

- Do thiết bị bị hở, các giai đoạn đầu hay cuối của một quá trình kín

- Do những sự cố kỹ thuật hoặc tai nạn

- Do những thiết bị thông gió

Hướng giải quyết tối ưu nhất đối với nguyên nhân gây ô nhiễm trên là thay thế hoàn toàn bằng những quá trình công nghệ mới không có chất thải Mặt khác nếu quá trình mới có lợi thế về mặt kỹ thuật nhưng lại sản sinh ra chất độc thì không cho phép sử dụng Nhưng trước mắt là cố gắng tìm mọi biện pháp để giảm lượng chất độc thải ra sao cho chúng nằm dưới giới hạn cho phép và tăng cưởng công tác kiểm tra vệ sinh và an toàn lao động

Đối với những quá trình công nghệ đang sử dụng thì có thể tiến hành các bước sau:

III.1.1 Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu

a Thay thế nhiên liệu ban đầu của quá trình sản xuất bằng nguyên liệu ít phát sinh chất thải

Việc thay thế nhà máy nhiệt điện đốt than bằng dầu, khí làm giảm một cách đáng kể lượng tro bồ hóng và một phần SO2 Việc thay thế nha máy nhiệt điện đốt dầu ,khí bằng những nhà máy sử dụng năng lượng hạt nhân hoặc năng lượng thuỷ, năng lượng mặt trời cũng làm giảm đáng kể ô nhiễm

Việc thay thế dầu bằng cách sử dụng nguồn nhiên liệu tái sinh cũng là một biện pháp tốt chống ô nhiễm Thực chất của công gnhệ chế biến sinh khối là khí hoá gỗ và làm cho đường lên men Song việc áp dụng nó còn đang ở giai đoạn nghiên cứu vì còn phải cân nhắc giữa nhiều yếu

tố khác nhau như giá thành, chất lượgn của hỗn hợp

Việc thay thế xăng bằng hydrro để chạy ô tô sẽ làm không khí thành phố trong lành biết bao vì chất thải sinh ra khi đốt hydrro chỉ là nước

b Tách các tạp chất gây ô nhiễm ra khỏi nguyên liệu

Song song với việc tìm cách thay thế nguyên liệu, trong công nghiệp năng lượng, người ta phân tích khí và nhiên liệu sử dụng, nhận thấy khói có chứa các hợp chất của lưu huỳnh (SO2,

H2S…), nguyên nhân là do trong nhiên liệu sử dụng có chứa S, khi đốt sẽ phản ứng với oxy tạo nên SO2… Vì vậy người ta tìm cách tách S ra khỏi nhiên liệu đó Cho tới nay, việc tách S trong nhiên liệu khí đã được giải quyết từ hàng chục năm nay Còn hợp chất của lưu huỳnh dưới dạng khí đốt được tách bằng phương pháp Claux Đối với nhiên liệu lỏng người ta đã có thể áp dụng phương pháp Hydro hoá (dưới điều kiện xúc tác và áp suất), S được tách ra theo phương pháp này dưới dạng H2S sẽ được tách bởi những phương pháp quen thuộc để thành S nguyên tố Việc tách này cũng tốn kém

Với dầu thô chứa khoảng 6 – 7% lưu huỳnh thì sau khi tách, hàm lượng lưu huỳnh trong dầu đốt đem bán ở thị trường chỉ còn 2,5 – 3,5% (ở dưới dạng Thiole (R-S-H), Theoeither (R-S-R’) và Thiophen…

Với nhiên liệu rắn, lưu huỳnh tồn tại ở dạng Sunfat và Pyrit nhưng cho tới nay các phương pháp tách hợp chất lưu huỳnh này rất đắt, chưa thực hiện được

III.1.2 Thay thế, cải tiến, đổi mới công nghệ và thiết bị

Biện pháp công nghệ cần được coi là biện pháp cơ bản, bởi nó cho phép đạt hiệu quả cao nhất để hạ thấp và đôi khi loại trừ chất thải độc hại thải ra môi trường Nội dụng của biện pháp này là: hiện đại hoá công nghệ và làm kín dây chuyền sản xuất

a Biện pháp làm kín quá trình công nghệ:

Biện pháp này có tác dụng loại trừ chất thải độc hại ra môi trường không khí các khí độc hại thải thải ngay trong quá trình sản xuất, nhất là ở giai đoạn vận chuyển bằng đường ống, băng tải và giai đoạn sản xuất trung gian Tất cả các chất thải cần được thu gom tập trung xử lý và thải

ra ngoài Hiện nay thường phát triển phương pháp sản xuất tuần hoàn từng phần, tức là tái sử dụng (sử dụng lần thứ hai) các khí hơi thải ra, như ở các nhà máy nhiệt điện và các động cơ đốt trong, khi nhiên liệu bị đốt cháy có thể sử dụng khả năng tạo thành khí axit nitoric

b Tiến tới việc sử dụng công nghệ sản xuất theo công nghệ “không có chất thải”

Trong phương án này, các khí thải được sử dụng như là các nguyên liệu có giá trị trong sản xuất công nghiệp tiếp theo Bằng các biện pháp khí hoá các nhiên liệu lỏng có lưu huỳnh cao để thu được khí dùng cho mục đich sản xuất năng lượng và lưu huỳnh, cũng như các sản phẩm khác

Tổ chức sản xuất công nghiệp theo nguyên tắc công nghệ không chất thải đáp ứng đồng thời yêu cầu sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường Nhưng để chuyển tất cả công nghệ hiện nay sang công nghệ đảm bảo không chất thải cần có một thời gian dài, không những đối với nước ta mà còn đối với tất cả các nước và đòi hỏi chi phí lớn

Biện pháp công nghệ chống ô nhiễm môi trường còn bao gồm cả biện pháp thay thế chất độc hại dùng trong sản xuất bằng chất không độc hại hoặc ít độc hại hơn, làm sạch chất độc hại trong nguyên vật liệu trước khi đưa vào sản xuất, ví dụ như tách lưu huỳnh từ nhiên liệu than, dầu, thay phương pháp gia công khô các vật liệu nhiều bụi bằng phương pháp ướt, thay nung ngọn lửa bằng nung điện, thay quá trình sản xuất gián đoạn bằng quá trình sản xuất liên tục

Các phương pháp kể trên đương nhiên không bao hàm hết tất cả mọi khía cạnh khả năng

sử dụng công nghệ hợp lý với mục đích hạ thấp hay loại trừ chất độc hại thải ra môi trường, càng không thể kể hết các giải pháp thực tế sáng tạo của các nhà kỹ thuật vệ sinh, các nhà công nghệ, các kỹ sư trong lĩnh vực này

Độ kín của thiết bị máy móc là điều kiện cần thiết của sản xuất hiện đại Hiện nay đã xuất hiện nhu cầu vè quy phạm nghiêm nghặt về độ kín đối với mỗi loại thiết bị hoá học Sự hư hại về

độ kín của thiết bị không chỉ đảm bảo tiêu chuẩn thiết bị mà còn không tránh được hiểm hoạ trong quá trình sử dụng Những nhà máy chế tạo thiết bị cần kiểm tra nghiêm ngặt độ kín của thiết bị và chỉ rõ mức độ kín trong lý lịch thiết bị Mức độ kín được xác định băngt hử nghiệm thiết bị theo áp lực và thời gian quy định

Những yêu cầu vệ sinh môi trường đối với các thiết bị sản xuất đề ngoài trời cũng như các thiết bị để trong nhà Các máy móc cũng phải đạt yêu cầu hoạt động liên tục và kín

Thiết bị kín là các thiết bị và các máy móc không có vòng nối, nắp đậy có nguy cơ rò rỉ Nừu như có chỗ nào lọt ra chất độc hại thì cần trang bị các thiết bị hút thải đưa chúng đến camera làm sạch

Khi vận chuyển bất cứ nguyên liệu đều phải có các biện pháp tương ứng đẻ tránh làm ô nhiễm đất, không khí đô thị và khu vực nhà máy Để vận chuyển các chất nguyên liệu lỏng và khí nén thì phải dùng các xitec chuyên dụng Phải hết sức hạn chế vận chuyển bằng chai lọ

Không khí thoát ra từ xitec khi đổ rót các chất có bay hơi (như Clo hay xăng dầu) cần phải dùng biện pháp hoá học để hấp thụ các khí bay hơi này Những vật liệu bột cần phải bảo quản trong kho kín và công trình chuyên dụng như silo, bunke,

III.1.3 Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu

Phân tích nguyên nhân gây ô nhiễm trong những trường hợp cụ thể còn có thể thay đổi quá trình kỹ thuật để giảm lượng chất ô nhiễm thải ra Có thể đưa ra một số ví dụ sau:

Phương pháp tiếp xúc hai lần trong sản xuất H2SO4: trong sản xuất axit Sunfuric, người ta dùng SO2 oxi hoá trong tháp tiếp xúc theo phản ứng:

xúc tác

SO2 + 2O2  2SO3

SO3 tạo thành sẽ được hấp thụ tạo nên Oleum hay H2SO4 Vì phản ứng oxi hoá trong thực

tế ở điều kiện cân bằng cao nhất chỉ khoảng 98% SO2 được chuyển hoá, lượng SO2 còn lại sẽ đi vào khí thải

Người ta dùng một thiết bị hấp thụ trung gian sau khi đã đạt được hiệu suất oxi hoá x = 0,9 Sau đó lại cho hỗn hợp khí vào tiếp xúc lần thứ hai, khoảng 99,5% SO2 sẽ chuyển hoá thành SO3 Như vậy sẽ làm giảm một cách đáng kể lượng SO2 theo khí thải ra nếu so sánh với phương pháp tiếp xúc đơn giản 9một lần) - Đó là nguyên tắc của phương pháp tiếp xúc hai lần Nhờ phương pháp này mà giảm 17 kg SO2/Tấn sản phẩm xuống còn 2 – 3 kg SO2/Tấn sản phẩm Việc thay thế những lò sản xuất các bít hở bằng những lỗ kín trong công nghệ sản xuất đất đèn làm giảm lượng bụi thải ra tới 60 – 70%

Ngoài ra việc luôn kiêm tra độ kín của các thiết bị trong dây chuyền sản xuất, việc sửa chữa nhanh chóng những thiết bị hỏng, lamg mới từng bộ phận hoặct hay đổi những phần không thích hợp cũng góp phần đáng kể vào việc giải quyết giảm nồng độ chất ô nhiễm tại nguồn

III.1.4 Kiểm tra, trang bị thiết bị an toàn phòng chống sự cố

III.1.5 Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường

III.1.6 Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng,…

- Chi phí đầu tư, xây dựng, vị trí đặt thiết bị…

Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà người ta lựa chọn biện pháp xử lý thích hợp, cho tới nay tập trung vào một số phương pháp như: hấp thụ, hấp phụ, oxy hoá, xúc tác, và ngưng tụ Sau đây lần lượt giới thiệu những điểm cơ bản của kỹ thuật xử lý bằng những phương pháp đã nêu

III.2.1.1 Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết

bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ)

a Nguyên tắc:

Khí ô nhiễm được táh ra khỏi hỗn hợp khí bằng cách hoà tan vào dung dịch thích hợp Dung dịch này thường là nước hoặc dung dịch hữu cơ, vô cơ loãng

Có hai loại hấp thụ:

- Hấp thụ vật lý là hấp thụ thuận ngịch khi lực liên kết giữa khí và lỏng là lực vật lý dec-van) Ví dụ: hấp thụ CO2 trong nước

(Van Hấp thụ hoá học: lực liên kết là lực hoá học, nói cách khác hấp thụ hoá học là hấp thụ vật

lý có kèm theo phản ứng hoá học, thường không thuận ngịch vì liên kết bền Ví dụ: hấp thụ NOx, SO2 trong dung dịch kiềm

Với quá trình hấp thụ xử lý khí ô nhiễm thì hấp thụ hoá học đặc biệt thuận tiện vì có liên kết bền vững

Vì nồng độ khí hấp thụ là vô cùng nhỏ nên lượng nhiệt toả ra không đáng kể và dung dịch hấp thụ có thể tuần hoàn nhiều lần

Quá trình hấp thụ gồm những bước sau:

- Khuếch tán khí ô nhiễm từ pha khí tới bề mặt màng lỏng

- Khuếch tán từ bề mặt tới bề mặt phân chia pha

- Hấp thụ hoặc phản ứng hoá học

- Khuếch tán sản phẩm phản ứng từ bề mặt phân chia pha qua màng lỏng

- Khuếch tán sản phẩm từ màng lỏng vào pha lỏng

Tốc độ quá trình hấp thụ sẽ quyết định bởi giai đoạn chậm nhất Nói chung trong hấp thụ khí bịi ô nhiễm, nếu quá trình khuếch tán từ pha khí tới bề mặt phân chia pha là chậm nhất thì tốc

Việc lựa chọn dung dịch hấp thụ phải đạt được những tiêu chuẩn sau:

- Có tính chất hoà tan chọn lọc, chỉ hấp thụ tốt chất ô nhiễm cần xử lý trong hỗn hợp khí

- Độ nhớt nhỏ, để dễ chuyển động

- Nhiệt dung bé, nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ của hỗn hợp khí vào

- Không tạo kết tủa

- ít bay hơi để tránh tổn thất

- Không độc với người, không ăn mòn thiết bị

- Không gây ô nhiễm nước thải

- Có khả năng hoàn nguyên

- Rẻ, dễ kiếm

c Thiết bị hấp thụ:

Tính toán quá trình hấp thụ :(sẽ bổ xung phần tinh toán )

Việc tính hiệu suất hấp thụ sẽ dựa vào lượng chất ô nhiễm hấp thụ Có thể tính theo công thức chuyển khối:

m = K.F.Y Trong đó:

Nói chung muốn tăng tốc độ quá trình hấp thụ phải tăng:

- Chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí và pha lỏng

- Tăng bề mặt tiếp xúc pha

- Lựa chọn nhiệt độ và áp suất làm việc thích hợp

- Lựa chọn dung dịch hấp thụ thich hợp

Dưới đây là sơ đồ quá trình hấp thụ có việc tuần hoàn sử dụng dung dịch hấp thụ:

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị hấp phụ có kèm nhả hấp thụ

d Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

Phương pháp hấp thụ thường được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm có khả năng hoà tan hoặc phản ứng tốt với dung dịch (ví dụ SO2, NOx, CO2, HF), đặc biệt là các oxit axit vô cơ, thích hợp với dùn dịch hấp thụ mang tính kiềm Có thể xử lý khí với lưu lượng khí lớn, được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp để xử lý khí thải

Một số dung dịch có khả năng hoàn nguyên để thu hồi khí ô nhiễm và sử dụng lại dung dịch hấp thụ, như vậy sẽ xuất hiện một sơ đồ côgn gnhệ hấp thụ – nhả hấp thụ với một số khí ô nhiễm hoặc dung dịch hấp thụ có giá trị

- Nếu dung dịch sau hấp thụ không có khả năng hoàn nguyên và phải thải bỏ thì sẽ xuát hiện nước thải cần xử lý

- Thiết bị hấp thj nói chung đơn giản dễ vận hành nhưng chiếm nhiều diện tích

Dưới đây là bảng một số dung dịch hấp thụ thường dùng với một số khí ô nhiễm

- Oxi hoá Amin, Merkaptanen, H2S, Aldehyt, Fenoln mit Ozon – Hypochlorit Losng

- Axit hữu cơ, Fenonle Merkaptannen – NaOH, KOH

- Pyriden – N – halogen, Hơi hữu cơ kiềm – H2SO4

Bảng 3.1 Một số dung dịch hấp thụ thường dùng với một số khí ô nhiễm

Hấp thụ nóng HCl khí thải

Clo

Khí ra

Làm lạnh Thiết bị nhả hấp thụ Thiết bị hấp thụ

Khí vào

Trao đổi nhiệt

Khí ra

CaOH Cl2 CaHCl

CaCl2

dưới điều kiện lạnh

H2O Flour, HF, SiF4 H2SiF6

III.2.1.2 Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị,

ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ)

b Đặc điểm chất hấp phụ:

Chất hấp phụ là những chất xốp, rỗng, có diện tích bề mặt lớn, có khả năng giữ lại các khí

ô nhiễm, tách chúng khỏi dòng khí

Một số chất hấp phụ thường dùng là:

khí

- Sáng phân tử là những Zeolit nhân tạo (hỗn hợp

Hiện nay trên thị trường có nhièu laọi Zeolit để hấp phụ khí ô nhiễm, một số loại Zeolit 2 màng có tính chất gần như than hoạt tính mà lại chịu được nước và không bị cháy

Độ hấp phụ tăng với việc tăng hàm lượng cacbon của chất hấp phụ, tăng khối lượng phân

tử tăng áp suất làm việc ngược lại nó giảm theo nhiệt độ

Độ hấp phụ bão hoà: số g chất bị hấp phụ cực đại trên g chất hấp phụ

 phụ thuộc bản chất chất hấp phụ =  (T, P, , Tsôi): Khi T tăng thì  giảm (do quá trình hấp phụ là quá trình toả nhiệt), lợi dụng tính chất này để nhả hấp phụ bằng hơi nước; khi P tăng thì  tăng; độ ẩm  tăng thì  giảm

a, n: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của chất hấp phụ

lượng khí ô nhiễm bị hấp

phụ

=

Hình 3.2 Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử các lỗ mao quản trên bề mặt

than hoạt tính

Trong trường hợp Prf = 0 - Pbão hoà có thể m =

p A

p B A

.1

Trong nhiều trường hợp, sau khi chất hấp phụ đã đạt tới độ bão hào chất ô nhiễm, người ta cho tiến hành nhả hấp phụ để thu hồi khí ô nhiễm đưa đi sử dụng và trả lại chất hấp hụ có hoạt tính như ban đầu Việc nhả hấp phụ thường tiến hành ở nhiệt độ cao và điều kiện bão hào hơi nước… Do các mao quản bị ngưng tụ các chất ô nhiễm đã chiếm đầy các lỗ mao quản sẽ bị thải

ra và thu được dưới nồng độ cao: khó nhất là đối với chất hấp phụ có liên kết hoá học với chất bị hấp phụ

- Tính toán lượng chất hấp phụ:

Lượng chất ô nhiễm được hấp phụ:

Phương trình đẳng nhiệt Frendlick:

X = k.PonTrong đó:

abP

.

1 a,b: các hệ số thực nghiệm phụ thuộc bản chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

Có thể dung đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt để lựa chọn chất hấp phụ thích hợp

0

1

0,2 0,3 0,4

0,9

0,5 0,6 0,7 0,8

Ví dụ:

Xác định lượng than hoạt tính cần có trong tháp hấp phụ để xử lý Toluen biết: vk = 2m3/s, CToluen vào = 0,005 g/m3, CToluen ra = 0,001 g/m3, thời gian hấp phụ  = 8h, lượng chất hấp phụ: w* = 0,2 g/g tại P = 1at, T = 20oC

Bảng 3.2 Khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với một số chất

Nhiệt độ sôi ( 0 C)

Trọng lượng phân

Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên:

Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên gồm có một lớp vật liệu hấp phụ mỏng, hình truh hoặc xếp nếp Chất hấp phụ được đổ lên trên một tấm đỡ bằng kim loại, có thể gồm nhiều tấm đặt trong một khung:

- Thường áp dụng cho phòng thí nghiệm, cơ quan, kho háo chất, bể xăng

Thiết bị hấp phụ có hoàn nguyên:

Quá trình hấp phụ khí ô nhiễm thường được thực hiện trong những lớp đệm (tháp đệm), thường bố trí hai tháp để vừa đồng thời hấp hụ tháp này thì tiến hành hoàn nguyên ở tháp kia (hai tháp làm việc và giải hấp luân phiên) bảo đảm dòng khí thải liên tục được xử lý Dưới dây là sơ

đồ của thiết bị hấp phụ có kèm nhả hấp phụ:

Hình 3.4 Sơ đồ thiết bị hấp phụ có kèm nhả hấp phụ – tháp đệm

Hình 3.5 Sơ đồ thiết bị hấp phụ có kèm nhả hấp phụ – thiết bị quay

d Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

Xử lý ô nhiễm khí bằng hấp phụ có ưu điểm như hiệu suất hấp phụ tương đối lớn (có thể đạt 98%) nhưng chỉ thích hợp với hỗn hợp khí có nồng độ chất ô nhiễm nhỏ Có thể sử dụng trong một số trường hợp sau:

- Giữ lại hơi của dung dịch (đối với những thiết bị chưng cất)

- Hơi chất ô nhiễm trong quá trình làm sạch hoá học của công nghiệp hoá chất

- Tách và thu hồi hơi chát hữu cơ chứa Hlogen trong thiết bị tách mỡ và làm sạch hoá hoc

Khí thải

Khí sau xử lý

Quạt Gia nhiệt

Khí + chất bị hấp phụ ở nồng độ cao Không khí sạch

Tách nước

Thiết bị hấp phụ

Khí vào

Khí sạch Hơi nước

Ngưng tụ

Tách nước

- Thu hồi dung môi trong việc làm khô sơn

- Tách và thu hồi hơi ở các kho xăng

Hỗn hợp khí khi có mặt oxi sẽ tồn tại giới hạn cháy nổ, do vậy cần lưu ý:

- Tồn tại giới hạn cháy nổ trên (UEL – Upper Exprosive Limit): là nồng độ tối đa của chất cháy trong hỗn hợp khí cháy cần duy trì để đảm bảo an toàn cho quá trình cháy Ví dụ: Hỗn hợp CH4 và O2 có UEL = 15,5 tức là tỷ lệ CH4 ≤ 15% thể tích

- Tồn tại giới hạn cháy nổ dưới (LEL – Lower Exprosive Limit): là nồng độ tối thiểu của chất cháy trong hỗn hợp khí cháy cần duy trì để đảm bảo an toàn cho quá trình cháy Ví dụ: Hỗn hợp CH4 và O2 có LEL = 4,26 tức là tỷ lệ CH4  4,26% thể tích

c Phân loại:

Gồm hai loại: phương pháp nhiệt không xúc tác và phương pháp nhiệt có xúc tác

Phương pháp nhiệt không xúc tác:

Quá trình xử lý nhiệt không xúc tác có thể được tiến hành không xúc tác trong các lò đốt (nếu muốn thu hồi nhiệt) hoặc trên các giàn lửa, miệng ống khí thải (nếu không thu hồi nhiệt) Đồng thời cần có nhiên liệu phụ trợ để đốt khí thải Quá trình xử lý nhiệt không xúc tác thường được sử dụng khi nồng độ chất ô nhiễm cao (vượt qua giới hạn bắt cháy) và hàm lượng oxi lớn- nhiệt độ cháy thường là 800 – 11000C

Thiết bị gồm hai loại chính: lò đốt và giàn lửa

- Lò đốt:

Yêu cầu quá trình cháy xảy ra phải đảm

bảo chuyển dịch về phía sản phẩm quá trình

cháy, do đó cần dư O2 Hỗn hợp khí phải được

đưa vào với bề mặt tiếp xúc đủ lớn Phải đảm

bảo thời gian lưu của khí ô nhiễm trong buồng

đốt cho quá trình cháy xảy ra hoàn toàn Nhiệt

độ quá trình đốt phải đủ lớn để oxihoá hoàn toàn

chất ô nhiễm mà không sinh ra mùi Khí ra khỏi

buồng đốt nếu còn chất ô nhiễm phải được thu

- Giàn lửa:

khí ô nhiễm ở ngoài khí quyển

thải giúp phát tán nhanh

phun; có thể đốt được chất ô nhiễm ở nồng độ thấp và phải chú ý điều chỉnh nhiệt độ và tỷ lệ thích hợp

Nhược điểm: không xử lý được khí thải sinh ra trong quá trình đốt; phải bổ xung nhiên liệu đảm bảo nhiệt độ quá trình cháy Không thích hợp khi lưu lượng khí thải quá lớn và tất nhiên chỉ

áp dụng với các khí ô nhiễm có khả năng cháy (oxi hoá)

Ứng dụng: xử lý khí thải lọc dầu ngoài biển, với không gian lớn và lưu lượng lớn Xử lý khói của nhà máy rang cà phê, khí thải của khu vực chế biến rác, hơi của các dung môi và các khí hơi hữu cơ

Phương pháp nhiệt có xúc tác:

- Nguyên tắc:

Khí ra Khí ô nhiễm

Sử dụng xúc tác trong quá trình oxi hoá nhiệt để giảm nhiệt độ oxi hoá của hỗn hợp khí ô nhiễm, tiết kiệm được nhiên liệu

Nhiệt độ cháy theo phương pháp này nhỏ, không vượt quá 250 – 3000C

Xúc tác phân lớn là các kim loại nặng, oxit của chúng (Fe, Cr, Co, Cu, Mo, Ni, Va), các chất mang phi kim hoặc chất trơ

- Yêu cầu:

Hỗn hợp khí phải được tách bụi trước khi vào thiết bị

Xúc tác phải bền, tuổi thọ cao, bền cơ, bền nhiệt

Bảo đảm khả năng xúc tác tốt, xúc tác phải được chế tạo dạng hạt hoặc đệm

ra sản phẩm độc hại như chất ban đầu

Nhiệt độ oxi hoá thấp hơn phương pháp nhiệt do đó tiết kiệm được năng lượng

- Xử lý hơi HCN trong công nghiệp mạ điện

- Xử lý NOx trong sản xuất HNO3 (xúc tác tấm kim loại Pt, T0 = 300 – 8000C)

- Xử lý mùi trong công nghiệp hoá chất và công nghiệp thực phẩm

- Xử lý Andehyt hợp chất hữu cơ sinh ra trong công nghiệp quá trình đốt chất hữu cơ - xúc tác hình cầu

- Xử lý H2S trong công nghiệp luyện kim

Bảng 3.3 Khả năng ứng dụng của phương pháp nhiệt xúc tác Nguồn phát sinh khí

thải

Dạng khí ô nhiễm

Nhiệt độ phản ứng ( 0 C)

Mùi (vô cơ, hữu cơ)

200 - 250 Cầu (3 –

6mm), 2000 h

Bổ xung không khí ở động cơ

Các quá trình cháy

Tấm (thông khí trong buồng lái, cần cẩu )

Biến đổi

CO2 Công nghiệp luyện

III.2.1.4 Xử lý khí bằng phương pháp ngưng tụ (nguyên tắc, đặc điểm, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ)

Nếu ngưng tụ bằng làm lạnh trực tiếp: khí ô nhiễm được ngưng tụ cùng tác nhân lạnh và được tách ra ở giai đoạn sau Tác nhân lạnh thường sử dụng trong phương pháp ngưng tụ trực tiếp

là hỗn hợp nước muối Đặc điểm của phương pháp này là không sử dụng được khí ô nhiễm sau khi tách do bị bẩn khi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân lạnh

Nếu ngưng tụ bằng làm lạnh gián tiếp: hỗn hợp khí được làm lạnh gián tiếp bằng tác nhân lạnh qua một bề mặt trao đổi nhiệt và chất khí được ngưng tụ trên bề mặt trao đổi nhiệt đó

hoặc ở dạng giọt rồi theo dòng khí mà tách ở giai đoạn sau Khí thải có thể tuần hoàn lại quá trình sản xuất hoặc một phần đi vào quá trình làm sạch

Nồng độ khí ô nhiễm sau ngưng tụ càng nhỏ nếu nhiệt độ làm lạnh càng thấp và áp suất trong quá trình ngưng tụ càng lớn Còn có thể ngưng tụ dưới áp suất cao để đạt nồng độ ngưng tụ cao

Xử lý khí ô nhiễm bằng phương pháp ngưng tụ thường được dùng để:

- Ngưng tụ Amoniak, clor, SO2

- Ngưng tụ khí thải trong quá trình chưng cất dầu mỏ

- Ngưng tụ khí thải có mùi nặng với hàm lượng cao trong công nghiệp thực phẩm

- Tri hoặc Perchlorathylen trong thiết bị tách dầu mỡ

- Xử lý hơi dung môi trong công nghiệp nhựa

III.2.1.5 Xử lý khí bằng phương pháp sinh học (nguyên tắc, đặc điểm, phương pháp rửa bùn hoạt tính, đệm sinh học, lọc sinh học, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối)

a Nguyên tắc:

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 khí thải hữu cơ, vô cơ độc hại và thải ra các khí N2, CO2

b Đặc điểm:

- Chất ô nhiễm phải hoà tan trong nước

- Chất ô nhiễm có khả năng oxi hoá, phân huỷ bằng vi sinh vật

- Nhiệt độ hỗn hợp khí xử lý ~ 5 – 600C, T0opt = 15 – 400C

- Thành phần các hỗn hợp khí xử lý phải không chứa các chất độc làm chết vi sinh vật

- Hỗn hợp khí phải có môi trường trung tính: pH = 6 – 8

- Độ ẩm: 95 – 100%

- Tốc độ khí lưu thông: 2m/phút

Quá trình xử lý gồm hai giai đoạn: hấp thụ chất ô nhiễm khí vào pha lỏng, oxi hoá chất ô nhiễm khí trong pha lỏng bằng vi sinh vật (có thể gọi là phương pháp hấp thụ sinh học)

Các chất khí ô nhiễm có thể xử lý bằng phương pháp sinh học:

- Nhóm các hợp chất hữu cơ thơm, vòng, halogen hữu cơ, một số hợp chất hữu cơ của N, S

- Các hợp chất vô cơ: H2S, NH3

- Các hợp chất hữu cơ: dầu, mỡ

Lưu ý một số thành phần hoá học của khí thải cần được loại bỏ trước khi xử lý sinh học: O3,

Cl2, một số gốc OH, H2O2

c Các thiết bị xử lý sinh học:

- Rửa sinh học bằng bùn hoạt tính:

Sử dụng bùn hoạt tính có các vi sinh vật ở dạng huyền phù hoặc sử dụng các đệm dạng tròn được bao bọc bằng các màng vi sinh Trong tháp rửa sinh học có hai quá trình xảy ra: khí được hấp thụ vào dung dịch; vi sinh vật ở dạng bùn hoạt tính hoặc màng sẽ hấp thụ khí

Trong thiết bị rửa sinh học bằng bùn hoạt tính thì việc cung cấp khí O2 giúp thúc đẩy phản ứng sinh học và làm bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng Chất hữu cơ nuôi vi sinh vật chính là khí thải

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý xử lý khí thải bằng rửa sinh học bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính