đề cương ôn tập môn xử lý khí thải

Cơ chế tách bụi khỏi dòng thải 1 Va đập Impaction  Do quán tính, hạt bụi có kích thước lớn có động năng sẽ chuyển động thẳng hướng về vật cản trên đường đi; khi dòng khí bị bẻ cong để

CHƯƠNG 2

2.1.3 Cơ chế tách bụi khỏi dòng thải

(1) Va đập (Impaction)

 Do quán tính, hạt bụi có kích thước lớn (có động năng) sẽ chuyển động thẳng hướng về vật cản trên đường đi; khi dòng khí bị

bẻ cong để qua vật cản thì hạt tiếp tục di chuyển và va đập vào vật chắn

 Cơ chế này xảy ra trong xử lý bụi bằng lọc túi vải hay rửa khí (vật cản: sợi vải hay giọt nước)

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả va đập:

• Kích thước hạt: hạt càng lớn càng dễ tách

• Sự chênh lệch vận tốc giữa hạt và vật cản

• Kích thước vật cản

2 Chặn (Interception)

 Các hạt 0,1 – 1,0 µm mang bởi dòng khí đến sát bề mặt vật cản (khoảng cách nhỏ hơn bán kính hạt), chạm vào vật cản

 Do quán tính nhỏ nên các hạt này không tách khỏi dòng mà vẫn theo dòng khí tiếp cận bề mặt xung quanh vật cả

 Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải và rửa khí

3 Khuếch tán (Diffusion)

 Cơ chế chủ yếu với các hạt < 0,3 µm, đặc biệt hạt 0,01 – 0,1 µm

 Do chuyển động Brown, các hạt này sẽ thay đổi hướng ngẫu nhiên và sẽ bị giữ lại khi va đập vào vật cản

 Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải

 Hệ số khuếch tán đặc trưng khả năng khuếch tán của hạt:

4 Lực hút tĩnh điện (Electrostatic attraction)

 Hạt tích điện đi vào một điện trường sẽ bị hút về cực trái dấu và giữ lại

 Điện lượng q (C) mà một hạt tích được trong điện trường E (V/m):

 Lực điện trường làm hạt tích điện di chuyển:

 Lực ma sát khi hạt di chuyển trong điện trường:

 Cân bằng 2 lự ốc độ di chuyển hạt về cực thu gom:

(4) Trọng lực (Gravity)

 Các hạt kích thước lớn di chuyển đủ chậm trong dòng khí và trọng lực đủ làm hạt lắng xuống

 Đây là cơ chế chính trong buồng lắng bụi

2.2.1 Quá trình hấp thụ (absorption process)

2.2.1.1 Khái niệm

 Là quá trình thu hút chọn lọc một hay một số cấu tử của hỗn hợp khí (chất bị hấp thụ) bằng chất thu hút thể lỏng (chất hấp thụ)

 Cơ chế quá trình:

 Khuếch tán các phân tử chất khí trong khối khí thải đến bề mặt chất lỏng hấp phụ (khuếch tán rối và khuếch tán phân tử)

 Vận chuyển chất khí qua bề mặt chất phân cách vào chất hấp thụ

 Khuếch tán chất khí vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ

 Phạm vi áp dụng: Khí thải có nồng độ khí độc hại tương đối lớn (>1% v/v)

 Đối tượng xử lý: SO2, H2S, HCl, Cl2, NH3

 Để cải thiện hiệu quả hấp thụ cần:

 Cung cấp bề mặt tiếp xúc lớn giữa các pha khí và lỏng

 Cung cấp sự khuấy trộn tốt các pha khí và lỏng

 Có thời gian lưu hay tiếp xúc đủ dài giữa các pha

2.2.2.2 Yêu cầu với chất hấp thụ

 Có dung lượng hấp thụ (mg/g) cao

 Có tính chọn lọc cao với cấu tử bị hấp thụ

 Có khả năng bay hơi thấp

 Có các tính chất động học tốt

 Không có tính ăn mòn nhiều đến thiết bị

 Có giá thành rẻ và dễ kiếm

2.2.2.3 Các loại thiết bị hấp thụ

 Buồng phun, tháp phun:

chất lỏng (dung dịch hấp thụ) được phun thành giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua (ngược dòng) – có thể kết hợp loại bụi

 Thiết bị hấp thụ có lớp đệm bằng vật liệu rỗng

 Chất lỏng được tưới trên lớp đệm và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc đi qua

 được áp dụng phổ biến nhất

 Ưu điểm: tăng bề mặt tiếp xúc khí-lỏng

 Vật liệu đệm: đá, sành sứ, kim loại, plastic, ;

Các yếu tố ảnh hưởng: tốc độ khí thải, tốc độ phun chất lỏng, kích cỡ vật liệu đệm, chiều cao tháp

2.2.3 Quá trình hấp phụ (adsorption process)

2.2.3.1 Khái niệm

Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn - khí, rắn - lỏng, lỏng - khí)

Trong XLKT, Hấp phụ: một hay một số chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn

 Vật liệu rắn gọi là chất hấp phụ (adsorbent)

 Chất khí bị giữ lại gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate)

 Khi bề mặt hấp phụ đã bão hòa, các chất bị hấp phụ có thể được giải hấp (desorption)

 Phạm vi áp dụng:

 Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy

 Chất khí cần khử có giá trị cần được thu hồi

 Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng

Cơ chế hấp phụ

3 giai đoạn:

 Gđ 1: Chất ô nhiễm khuếch tán từ pha khí đến bề mặt ngoài của hạt chất hấp phụ

 Gđ 2: Phân tử chất ô nhiễm di chuyển từ diện tích tương đối nhỏ của bề mặt ngoài (vài m2/g) vào các lỗ rỗng bên trong hạt chất hấp phu, nơi có diện tích bề mặt lớn (hàng trăm m2/g)

 Gđ 3: Phân tử chất ô nhiễm bám dính lên bề mặt các lỗ rỗng

 Có thê ̉hấp phụ đa phân tử

 Phân tử khí bị giữ nhờ liên kết hóa học tạo thành với chất hấ ợp chất

bề mặt)

 Lực hấp phụ mạnh hơn

 Quá trình không thuận nghịch (phân tử bị hấp thụ có thể được tách ra nhưng bị chuyển thành dạng khác)

 Hấp phụ đơn phân tử

 Dù là hấp phụ vật lý hay hóa học đều là quá trình tỏa nhiệt

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 

 Bản chất chất hấp phu và chất bị hấp phụ 

 Nhiệt độ: nhiệt độ tăng làm giảm quá trình hấp phụ 

 Áp suất: áp suất tăng xúc tiến cho quá trình hấp phụ xảy ra mạnh hơn 

 Bản chất hóa học: phân cực (đa số), không phân cực (than hoạt tính)

 Diện tích bề mặt riêng (specific surface area): thường rất lớn, ví dụ có thể đến hàng ngàn m2/g

 Kích thước lỗ rỗng (đường kính mao quản): liên quan tính chọn lọc trong hấp phụ, chỉ nên lớn hơn đường kính phân tử bị hấp phụ vài lần là tốt nhất

 Các vật li ệu h ấp ph ụ trong x ử lý khí th ải:

 Than hoạt tính (Activated carbon)

 Silica gel ((SiO2.nH2O))

 Rây phân tử (Molecular sieves) (VD: Zeolit)

 Alumina hoạt tính (Activated alumina)

2.2.3.9 Thiết bị hấp phụ

 Nguyên tắc thiết kế:

a Thời gian tiếp xúc đủ lâu giữa dòng khí và tầng hấp phụ hiệu quả (1-6 s);

b Đủ dung lượng hấp phụ để thiết bị có tuổi thọ mong muốn;

c Lực cản đủ nhỏ đối với dòng khí, cho phép vận hành thiết bị đẩy khí;

d Có sự phân bố đồng nhất của dòng khí lên tầng hấp phụ để đảm bảo sử dụng tối đa chất hấp phụ;

e Xử lý sơ bộ dòng không khí để loại bỏ những hạt không hấp phụ được, những hạt này sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của tầng hấp phụ;

f Dự phòng để hoàn nguyên lại chất hấp phụ khi nó đã bão hòa

2.2.3.10 Tái sinh vật liệu hấp phụ/ Giải hấp

 Các phương pháp

 Nhi ệ t: dùng khí nóng hoặc hơi giải hấp các phân tử khí bị hấp phụ

 gia nhiệt chất hấp phụ đã bão hòa đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình nhờ tiếp xúc trực tiếp với dòng hơi nước, không khí nóng hay khí trơ (hay truyền nhiệt gián tiếp)

 Với độ chênh lệch nhiệt độ 100 - 200 0 C thì đủ giải hấp cho than hoạt tính, silicagel, và alumogel, còn đối với zeolit thì phải đến 200 - 400 0C

 Phương pháp nhiệt bằng hơi nước được áp dụng rộng rãi nhất

 Áp su ất: ở t= const, hạ áp suất để giải hấp

 Khí trơ: thổi dòng khí trơ qua vật liệu hấp phụ, quá trình giải hấp xảy ra theo nguyên lý cân bằng vật chất

CHƯƠNG 3 3.2 Buồng lắng trọng lực

.1 Nguyên tắc

 Buồng lắng bụi là một loại thiết bị thu bụi đưa vào trọng lực và lực quán tính để thu giữ bụi

 Cho dòng khí thải đi vào buồng lắng có tiết diện tăng, tốc độ khí giảm đột ngột, các hạt bụi tách khỏi dòng khí dưới tác dụng của trọng lực

 Nguyên tắc tách bụi của buồng lắng bụi chủ yếu dựa trên:

 Giảm tốc độ hỗn hợp không khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng Các hại bụi mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực

 Dùng các vách chắn hoặc vách ngăn đặt trên đường chuyển động của không khí, khi dòng không khí va đập vào các tấm chắn

đó các hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống đáy buồng

 Ngoặt dòng khi chuyển động trong buồng

3.2.2 Đặc điểm

 PP lọc bụi vận hành đơn giản nhất

 Chi phí đầu tư lắp đặt, vận hành thấp, ít hóa chất và thiết bị phụ trợ

 Tổn thất áp lực: < 1,5 cm H2O  Nhiệt độ làm việc: đến 1000 o C

 Áp dụng: tiền xử lý loại bụi khô từ nghiền xi măng, đá vôi; thiết bị nghiền đá; thiết bị sấy than,…

 Cỡ hạt xử lý hiệu quả: > 60 µm Tuy nhiên, các hạt bui có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng

 Nhược điểm

 Thiết bị cồng kềnh

 Hiệu suất thu hồi bụi mịn thấp

 Khó thu hồi bụi có tính dính ướt

 Vách ngăn buồng lắng bụi dễ bị cong vênh nếu nhiệt độ dòng khí cao

 Hiệu quả xử lý thường là thấp nhất so với các phương pháp khác

a Cấu tạo buồng lắng

 Buồng lắng là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đướng ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó

mà không bị dòng khí mang theo

b Các kiểu buồng lắng

 Buồng lắng đơn

 Buồng lắng kép

 Buồng lắng có vách ngăn (Baffle chamber)

 Buồng lắng nhiều tầng (Multiple tray settling chamber)

Sơ đồ mặt cắt dọc của buồng lắng CÁC CÔNG THỨC ĐỂ GIẢI BT

3.3 Thiết bị tách bụi ly tâm (Cyclone)

 Là phương pháp có chi phí tương đối thấp

 Lưu lượng khí thải: 50 ~ 50,000 m3/h

 Tổn thất áp lực: 1,5 ~ 20 cm H2O

 Nhiệt độ làm việc: đến 1000 o C

 Áp dụng: Thu hồi bụi ở dạng khô Xử lý bụi lò nung xi măng và đá vôi; bụi lò sấy than; bụi sản xuất chất tẩy giặt (bột giặt),…

 Cỡ hạt xử lý hiệu quả: > 5 µm

 Nhược điểm:

 Không thu được bụi < 5 µm

  Không thu hồi bụi kết dính và dính ướt

6 THIẾT BỊ TÚI LỌC

3.4.1 Nguyên tắc xử lý

 Nguyên tắc: Cho khí thải qua vật liệu lọc bằng sợi, hạt bụi được giữ lại

 Quá trình lọc chia 2 giai đoạn:  giai đoạn ổn định và  giai đoạn không ổn đinh

 Quá trình giữ bụi của lưới lọc không giống quá trình rây mà phức tạp hơn nhiều

 Tác dụng lọc bụi liên quan đến các cơ chế:

3.4.2 Đặc điểm

 Hiệu suất xử lý bụi: > 99%

 Cỡ hạt xử lý hiệu quả: > 0,5 µm (Phương pháp này cũng loại được các hạt bụi nhỏ đến hàng 0,01 µm.),

 Khác với quá trình rây: thường cỡ hạt 0,1 – 0.5 µm được được lọt qua lưới nhiều nhất

 Tổn thất áp lực: 1,25 – 15 cm H2O

 Nhiệt độ vận hành tối đa: 260 - 280ºC

 Diện tích vải lọc: < 1 m2 đến vài trăm m2

 Vận tốc lọc: 0.005 – 0.075 m/s

 Tuổi thọ trung bình túi lọc: 18 tháng - 2 năm

 Hệ số chiếm chỗ vật liệu α: < 0.1 với sợi đan; ~0.3 với sợi ép

 Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại được Khi các hạt bụi thô hoàn toàn đã được tách ra thì lượng bụi giữ trong túi sẽ giảm đi

 Một vài ứng dụng của túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc

 Phải có thiết bị rũ bụi và tái sinh vải lọc, phải thường xuyên làm sạch

 Không thể vận hành trong môi trường ẩm

 Độ bền nhiệt của thiết bị thường thấp

 Vải lọc nhanh bị hỏng, đặc biệt nếu nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học

 Cần diện tích mặt bằng lớn

3.4.3 Cấu tạo thiết bị Hình Sơ đồ cấu tạo

 Thiết bị lọc (baghouse filter) cấu tạo từ các túi lọc (fabric bags); có thể gồm từ vài trăm đến một nghìn túi lọc

 Túi lọc bằng vải, có dạng ống một đầu hở còn đầu kia khâu kín Để túi được bền hơn người ta thường đặt trong một khung cứng bằng

lưới kim loại hoặc nhựa

 Đặc điểm của túi lọc

- Đường kính: 120 ~ 300 mm (không vượt quá 600 mm)

- Chiều dài: 2,200 ~ 3,500 mm

- Tỷ lệ chiều dài và đường kính tay áo: (16 ~ 20):1

 Vải lọc phải thỏa mãn các điều kiện sau:

 Khả năng chứa bụi cao

 Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu

 Có độ bền cơ học cao trong điều kiện môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn

 Có khả năng phục hồi cao, và sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc cao

 Giá thành thấp

THIẾT BỊ TÁCH BỤI TĨNH ĐIỆN

3.5.1 Nguyên tắc xử lý

 Khi cho khí thải qua điện trường mạnh, hạt bụi tích điện âm và bị tách khỏi dòng khí thải do lực hút tĩnh điện

 Điện thế sử dụng: 50 ‐ 80 kV (phát hào quang, quầng sáng corona)

 Quá trình tích điện xảy ra rất nhanh

 Điện lượng mà hạt bụi có thể tích được tỷ lệ thuận với bình phương đường kính hạt

3.5.2 Đặc điểm

 Hiệu quả của PP lọc bụi bằng điện phụ thuộc vào:

  Tính chất bụi: kích thước hạt bụi, điện trở hạt bụi

  cường độ của điện trường,

  thời gian hạt bụi nằm trong vùng tác dụng của điện trường

 Điện trở của bụi và ảnh hưởng của nó đến chế độ làm việc của thiết bị lọc bụi bằng điện

Về mặt điện trở, bụi trong công nghiệp chia làm 3 nhóm:

 Điện trở thấp: ρ e < 102 Ω.m

 Điện trở trung bình: ρ e = 102 - 108 Ω.m

 Điện trở cao: ρ e > 108 Ω.m

 Điện trở của bụi và ảnh hưởng của nó đến chế độ làm việc của thiết bị lọc bụi bằng điện

 Cách xử lý: Áp dụng biện pháp “gia công bụi ”

 Làm nguội/ làm nóng/ phun ẩm vào dòng khí trước khi đưa vào bộ lọc để biến bụi có điện trở quá thấp hoặc quá cao thành mức điện trở trung bình phù hợp với hiệu suất cần đạt của bộ lọc

 Ngoài nước, có thể sử dụng các tác nhân gây ẩm và làm giảm điện trở hòa vào nước như acid sulfuric, ammoniac, natri clorua, soda,…để phun vào khí trước bộ lọc

3.5.3 Cấu tạo thiết bị

a Cấu tạo loại lọc bụi công nghiệp

 Cực (-) là sợi dây dẫn trần ở giữa (còn gọi là điện cực quầng sáng), được cách điện hoàn toàn với các bộ phận xung quanh và được nạp điện 1 chiều với điện thế cao (>50,000 V);

 cực (+) là thành thiết bị, được nối đất

 Có 2 dạng:

o Thiết bị dạng ống (tubular ESP)

o Thiết bị dạng tấm phẳng (plate ESP)

 Cực thu bụi

• Cần có độ cứng và độ bền cần thiết

• Bề mặt phải nhẵn, không có mấu nhọn, có tính chất khí động tốt và chịu được sức rung động khi giũ bụi  Yêu cầu của cực thu bụi:  Để đảm bảo độ cứng của cực thu bụi khi làm việc với khí có nhiệt độ cao, và để tránh bụi tung trở lại vào dòng khí khi giũ bụi  chế tạo nhiều dạng cực thu bụi khác nhau (Vận tốc dòng khí cho phép: 1,5 – 2 m/s):  Bề mặt nhẵn của cực thu bụi đảm bảo được cường độ mạnh của điện trường, dễ chế tạo, dễ giũ bụi, nhưng bụi dễ bị tung trở lại vào dòng khí khi rung giũ bụi  chỉ áp dung khi vận tốc dòng khí ≤1 m/s

 Cực ion hóa

 Vật liệu: kim loại bền vững trong môi trường làm việc như thép cường độ cao, thép silic, đồng, nhôm,

 Yêu cầu: • Có hình dạng xác định để tạo ra được sự phóng điện corona mạnh và cùng dấu • Có độ cứng và độ bền cơ học cao để đảm bảo lâu bền trong điều kiện rung động dưới tác dụng của lực điện trường, lực va đập của cơ cấu giũ bụi, và nhiệt độ cao của dòng khí

3.6 Thiết bị rửa ướt (Wet scrubber)

3.6.1 Nguyên tắc hoạt động

 Cho dòng khí mang bụi tiếp xúc với chất lỏng  bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn

 Cơ chế thu gom bụi chủ yếu là do va chạm giữa hạt và các giọt chất lỏng

 Nếu chỉ loại bụi  dùng H2O,

 Nếu kết hợp loại khí  dung dung dịch hóa chất

3.6.2 Đặc điểm

 Nhiều ưu điểm nổi bật:

 Dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao

 Có thể lọc được bụi kích thước < 0,1 µm (VD: thiết bị lọc Venturi)

 Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số thiết bị lọc bụi khác không thể đáp ứng được như bộ lọc túi vải, bộ lọc bằng điện

 Không chỉ lọc bụi mà còn lọc được khí thải độc hại bằng quá trình hấp thụ

 Có thể được sử dụng như thiết bị làm nguội và làm ẩm khí

Nhược điểm:

 Bụi được thải ra dưới dạng cặn bùn  làm phức tạp hệ thống thoát nước và xử lý nước thải