Đồ án xử lý khí thải lò hơi

2.2. Các phương pháp xử lý khí thải: Xử lý khí thải là làm cho nồng độ các chất độc hại trong khí thải giảm tới mức độ tối thiểu trong phạm vi cho phép trước khi thải vào môi trường xung quanh hoặc để giữ lại những thành phần giá trị từ dòng khí đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục sử dụng. Các khí thải thuộc loại vô cơ như: SO2, SO3, H2S, CO, CO2, NOx, HCl, HF… Các khí thải thuộc loại hữu cơ như: aceton, acetylene, benzene, butan, các axit hữu cơ, các dung môi hữu cơ… Một số phương pháp xử lý khí thải: 2.2.1. Phương pháp xử lý bụi: Bụi là các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau, dưới tác dụng của dòng khí hoặc không khí chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng. Nguồn phát thải bụi cố định phổ biến nhất ở các nhà máy, xí nghiệp là các quá trình đốt nhiên liệu trong các loại lò cũng như nhiều công đoạn gia công, chế biến vật liệu dạng hạt, bột khác nhau. Một số phương pháp xử lý bụi:  Buồng lắng bụi : Cấu tạo của buồng lắng bụi rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường 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 trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo. Hình 2.1: Mặt cắt dọc buồng lắng bụi Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 – 70 µm trở lên. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Ngoài ra buồng lắng bụi còn được sử dụng như cấp lọc thô trước các loại thiết bị lọc tinh khác.  Thiết bị lọc bụi ly tâm: gồm có 2 dạng là thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang và thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (Cyclon). Tuy nhiên, thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng là được dùng phổ biến. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (cyclon) có cấu tạo rất đa dạng, nhưng về nguyên tắc cơ bản bao gồm các bộ phận : Hình 2.2: Cấu tạo Cyclon Không khí mang bụi đi vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ đứng 2. Phần dưới của thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ống xả bụi 4. Bên trong thân hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp cùng trục đứng với thân hình trụ. Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phương tiếp tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của cyclon và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống 5 mà thoát ra ngoài. Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu. Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi vào thùng chứa. Thông thường ở đáy phễu có áp suất âm ( áp suất tương đối), do đó khi mở van 6 không khí bên ngoài sẽ bị hút vào cyclon từ dưới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắng đọng ở đáy phễu bay ngược lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tác dụng của việc lọc bụi. Để tránh tình trạng trên người ta dùng van kép, trước khi xả bụi người ta đóng van 6a rồi mới mở van dưới 6b. Cyclon thường được sử dụng trong các trường hợp: o Bụi thô. o Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 gm3. o Không đòi hỏi hiệu quả lọc cao. Khi cần đạt hiệu quả cao hơn thì dùng cyclon ướt hoặc cyclon chùm.  Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi: Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi – gọi tắt là thiết bị lọc bụi Venturi ( Venturi scrubber) có cấu tạo bao gồm : Hình 2.3: Cấu tạo thiết bị lọc bụi Venturi Để tăng tốc dòng khí người ta sử dụng ống thắt dần 1, đi qua vào đoạn ống trụ ngắn – họng 2. Trong họng 2, vận tốc dòng khí đạt được giá trị lớn nhất (80 – 200 ms). Họng 2 nối tiếp vào ống khếch tán 3, ở đây xảy ra sự giãn nở khí và sự giãm vận tốc (tới 10 – 20 ms) của dòng không khí. Nước được phun vào qua ống 4 vào vòi phun trước đoạn ống trụ. Ong khếch tán 3 nối theo phương tiếp tuyến vào thân hình trụ 5. Khi dòng khí mang bụi được đẩy vào ống Venturi với vận tốc lớn, động năng của dòng khí tại chỗ thắt của ống Venturi sẽ kéo theo nước và xé nước thành giọt mịn. Bụi trong dòng khí sẽ va đập quán tính vào các giọt nước và bị đọng lại trên bề mặt giọt nước. Đến lượt của mình, những giọt nước mang theo bụi bị dòng khí chuyển động xoắn ốc trong thân hình trụ ép vào thành và chảy xuống dưới rồi theo ống 6 xả ra ngoài, còn khí sạch thoát lên trên qua miệng ống 7. Quá trình quan trọng nhất trong thiết bị lọc bụi Venturi là sự va đập quán tính giữa hạt bụi và những giọt nước trong bản thân ống Venturi. Chính quá trình này quyết định hiệu quả lọc của thiết bị. Còn quá trình tiếp theo xảy ra trong thân hình trụ là quá trình tách nước ra khỏi dòng khí bằng lực ly tâm do dòng khí chuyển động xoắn ốc gây ra – giống như trong các cyclon thông thường. Những ống Venturi được lắp đặt ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng. Tiết diện của ống Venturi có thể là hình tròn hay hình chữ nhật. Ưu điểm của ống Venturi với sự phun nước là có khả năng lắng các hạt bụi lớn lên tới kích thước 10 µm và vì vậy hiệu suất làm sạch bụi rất cao 99.9%. Hiệu quả làm sạch còn phụ thuộc nhiều vào vận tốc chuyển động của dòng khí. Sự tăng đường kính của giọt nước phun với sự tăng lưu lượng riêng của nước phun (dm3m3 không khí) dẫn tới tăng sức cản thủy lực của ống Venturi và tăng hiệu quả làm việc của thiết bị. Lưu lượng nước cung cấp có thể đạt tới 0.5 – 1 kgm3. Bên cạnh đó ống Venturi còn có những nhược điểm: sức cản khí động của dòng khí là rất lớn – 10000Pa (1000kgcm2) và lớn hơn, tiêu hao năng lượng cho hệ thống là lớn.

T RƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

3.

TP.Hồ Chí Minh, ngày 29, tháng 04, năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các Thầy Cô trong Viện Khoa học Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường của trường đã tạo điều kiện cho em học tập tốt Và

em cũng xin chân thành cảm ơn Cô đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành tốt bài đồ án của nhóm

Trong quá trình học tập, cũng như là trong quá trình làm đồ án, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy, cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được

ý kiến đóng góp thầy, cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm để có thể hoàn thành tốt cho những đồ án tiếp theo

Em xin chân thành cảm ơn cô rất nhiều!

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nền kinh tế công nghiệp của nước Việt Nam ngày càng phát triển mạnh mẽ là một điềuđáng mừng nhưng tồn tại song song với sự phát triển đó là mức độ cảnh báo về tình trạng

ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng Nó gây ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe conngười và môi trường xung quanh Để kìm chế sự gia tăng ô nhiễm Chính Phủ đã cónhững biện pháp bắt buộc xử phạt hành chính đối với hành vi vi phạm về bảo vệ môitrường đối với các nhà máy sản xuất sử dụng lò hơi đốt bằng củi, đốt bằng than đá, bằngdầu FO…vì lượng khí thải của các lò hơi này không đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.Trong đó phải kể đến các khí:

Khí SO2

Khí SO2 là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (S) như than,…hay nguyên liệu chứa lưu huỳnh như đốt quặng Pirit sắt (FeS2), đốt cháy lưu huỳnh,…trong quá trình sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) Trong tự nhiên, SO2 được phát tán trong không khí chủ yếu là do đốt than, và một phần do núi lửa phun SO2 là khí trung gian trong quá trình sản xuất axit Sunfuric Hậu quả khi SO2 phát tán vào không

khí là gây ra mưa axít, phá huỷ các công trình kiến trúc và ảnh hưởng đến sức khoẻ con

người Trên thế giới người ta có thể đánh giá sự phát triển công nghiệp của một quốc gia dựa vào sản lượng axit Sunfuric sản xuất ra trong một năm, điều đó đồng nghĩa với nguy

cơ làm tăng lượng SO2 trong không khí do khí thải của các nhà máy này Vì vậy, cần phải

xử lý triệt để SO2 trong khí thải các nhà máy,…

NO2

NO2 là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện được vào khoảng 0.12 ppm NO2 là khí có kích thích mạnh đường hô hấp Nó tác động đến hệ thầnkinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng

Khí NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây ung thư tử vong cho người và động vật sau ít phút Với nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Con người tiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi.

Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO2 khi ở nồng độ khoảng 1 ppm NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính.

CO

Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra do sự cháy không hoàn toàn của nguyên liệu chứa C Con người đề kháng với CO rất khó khăn Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, cản trở oxy từ máu đến mô Thế nên phải nhiều máu được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết một số nghiên cứu trên người và động vật đã minh họa những cá thể tim yếu ở điều kiện căng thẳng trong trạng thái dư CO trong máu

Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đâu đầu chóng mặt Ở những nồng độ từ 10-250 ppm

có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch thậm chí gây tử vong.

- Chính vì vậy các lò hơi cần phải có hệ thống xử lý khí bụi giúp làm sạch môi trường làm, việc tạo bầu không khí trong lành cho người lao động, qua đó cải thiện đáng kể tinh thần làm việc cũng như giảm nguy mắc các loại bệnh do hít phải bụi công nghiệp cho người lao động

- Để đáp ứng được yêu cầu trên Đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi

– Công ty TNHH Green Chemical – nhà máy sản xuất Formalyn 37% - KCN Long Bình – TP.Biên Hòa – Đồng Nai” được thực hiện.

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Giới thiệu tổng quan về lò hơi

- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi

- Đề xuất công trình quy nghệ thích hợp

- Vẽ cad các công trình đã tính toán

1.3 Ý nghĩa của đề tài:

- Thiết lập, đưa ra phương pháp giải quyết được lượng khí thải lò hơi dư khi sản xuấtFormalyn Giảm thải khí độc gây ô nhiễm môi trường

Đề tài giúp cho sinh viên cũng cố được kiến thức đã học trên lớp, có cơ hội tìm hiểu các

sơ đồ công nghệ và tính toán được một hệ thống xử lý, làm kinh nghiệm cho sinh viênkhi đi làm sau này

1.5 Nội dung của đề tài :

- Tổng quan về nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical

- Khảo sát hiện trạng về công nghệ sản xuất và các nguồn thải nói chung, khí thải nói riêng của nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical

- Tổng quan về các phương pháp xử lý khí thải

- Thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical

- Từ các số liệu về nguồn thải thu thập được tính toán, thiết kế hệ thống xử lý khí thải chonhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical

- Tính toán kinh tế cho hệ thống xử lý khí thải

- Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT FORMALYN 37% - CÔNG TY

TNHH GREEN CHEMICAL

1.1.Tổng quan về nhà máy :

1.1.1.Giới thiệu về nhà máy:

Nhà máy sản xuất Formalyn 37% - công suất 120 tấn/ngày của công ty TNHHGreen Chemical có mục đích chính thay thế hàng nhập khẩu, được cung cấp nhiều trongngành chế biến gỗ (90 – 95%) đang phát triển ở nước ta và cũng được sử dụng trong côngnghiệp, chất khử trùng

1.1.2.Vị trí và quy mô của nhà máy :

 Tên nhà máy : Nhà máy sản xuất Formalyn 37% thuộc công ty TNHH GreenChemical

 Địa chỉ : lô C-5, đường số 7 – KCN Long Bình – Tp.Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai

 Quy mô diện tích : 16416 m2

 Đại diện : Ông HWANG JUN GU – Giám đốc

 Tổng mức đầu tư: 14.000.000 USD

 Số lượng CBNV của nhà máy khoảng 100 người, tùy theo từng giai đoạn số lượngcông nhân sẽ thay đổi để phù hợp với tình hình hoạt động của nhà máy

 Nhà máy làm việc 3 ca/ngày

 Vị trí địa lý :

Địa điểm của nhà máy tại lô C-5, Khu công nghiệp Loteco, đường số 7,phường Long Bình, TP.Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Địa điểm này nằm trong quyhoạch dành cho khu công nghiệp thuộc tỉnh Đồng Nai, cách thành phố Hồ ChíMinh 30 km nên khá thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên vật liệu cũng nhưsản phẩm Mặt khác, nơi nay cũng thuộc vùng tam giác trọng điểm phát triển

kinh tế ( Thành Phố Hồ Chí Minh – Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu) của khu vựcphía Nam, rất có ý nghĩa đối với sự phát triển hoạt động sản xuất của dự án vềlâu dài.

Trong khu vực nhà máy không có dân sinh sống, khu dân cư gần nhất cũng

có khoảng cách đủ xa để đảm bảo vệ sinh môi trường Xung quanh khu vực nhàmáy là các nhà máy khác, một số đang tiến hành hoạt động xây dựng các dự áncủa các ngành công nghiệp khác Một số đã đi vào hoạt động

Về giao thông vận tải cũng khá thuận lợi do khu vực nhà máy nằm ở trungtâm của các đầu mối giao thông quan trọng như: đường sắt, đường bộ, đườngthủy

1.2.Các nguồn phát sinh chất thải tại nhà máy:

1.2.1.Khí thải:

Trong giai đoạn hoạt động của nhà máy có phát sinh ô nhiễm về không khí, nguồngốc gây ô nhiễm không khí bao gồm 2 nguồn chính sau:

1.2.1.1 Ô nhiễm khí thải từ lò hơi:

Theo Cơ quan quản lý môi trường của Mỹ (USEPA), hệ số ô nhiễm của các khíthải đặc trưng do đốt dầu FO (3%S) cho trong bảng (3 loại khí thải đặc trưng là SO2,

có thể tính được tải lượng các chất ô nhiễm, từ đó ta có thể tính được nồng độ cácchất ô nhiễm trong khí thải lò hơi như sau:

Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi

Chất ô

nhiễm

Tải lượng ônhiễm (g/h)

Lưu lượng khíthải (m3/h)

Nồng độ cácchất ô nhiễm(mg/m3)

TCVN5939:2005(mg/m3)

Kết quả cho thấy công ty sử dụng dầu FO với hàm lượng 3%S thì nồng độ SO2

trong khí thải vượt tiêu chuẩn TCVN 5939:2005 rất nhiều lần, các khí còn lại và bụiđều nằm trong khoảng cho phép

1.2.1.2 Ô nhiễm do khí thải máy phát điện:

Theo tài liệu hướng dẫn đánh giá nhanh nguồn phát thải của WHO, đối vớitrường hợp đốt dầu DO (1%S) không được điều khiển thì lưu lượng khí thải là 25

m3/kgDO Hệ số ô nhiễm cho trong bảng:

Bảng 1.3: Hệ số ô nhiễm của một số khí khi dùng dầu DOChất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm (kg/tấn DO)

Như vậy theo WHO khí thải máy phát điện có SO2 vượt tiêu chuẩn thải TCVN5939:2005 Tuy nhiên , nguồn thải này không liên tục, chỉ hoạt động trong thời gianngắn khi cúp điện đột xuất hoặc lướiđiện Quốc gia gặp sự cố.

1.2.2.Nước thải:

1.2.2.1 Nước thải sản xuất:

Trong quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy, chủ đầu tư cho biết công nghệsản xuất keo này không phát sinh nước thải

1.2.2.2 Nước thải sinh hoạt:

 Nguồn phát sinh: từ các nhà làm việc, các khu nhà vệ sinh, nhà ăn, căn tin…

 Lượng nước thải ước tính khoảng 6 m3/ngày

 Nước thải sinh hoạt được gom và xử lý bằng bể tự hoại, sau đó được xử lý tiếp bằngcách dẫn ra hệ thống xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Long Bình.1.2.2.3 Nước thải là nước mưa:

Nước mưa được thu gom bằng hệ thống riêng sau đó qua hệ thống thoát nước vàđược đào thải vào hệ thống thoát nước chung của khu công nghiệp Long Bình.1.2.3.Chất thải rắn:

oTrong giai đoạn hoạt động của Nhà máy sẽ phát sinh chất thải rắn từ các nguồn:

- Rác thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên Nhà máy

- Rác thải do hoạt động sản xuất của Nhà máy chủ yếu là bao bì, dẻ lau dính hóachất, cặn hóa chất không còn sử dụng v.v

- Dầu nhớt thải của lò hơi, máy phát điện dự phòng, cặn xử lý vệ sinh công nghiệp

lò hơi theo định kỳ v.v

oTải lượng chất thải rắn:

- Chất thải rắn sinh hoạt của 100 công nhân ước tính 25 kg/ngày chủ yếu là cácchất hữu cơ, bao bì, ny lon

- Chất thải rắn được sinh ra do quá trình sản xuất chủ yếu là: dẻ lau dính dầu mỡ,hóa chất, cặn hóa chất không còn sử dụng, thùng phi chứa hóa chất: ước tínhkhoảng 20 kg/ngày.

1.2.4.Các yếu tố khác:

1.2.4.1 Ô nhiễm tiếng ồn:

Các nguồn gây ồn điển hình nhất trong Nhà máy có thể kể đến :

- Hoạt động của máy phát đện trong những trường hợp bị cúp điện

- Hoạt động của các phương tiện lưu thông vận chuyển nguyên liệu

- Hoạt động của các thiết bị sản xuất trong nhà máy

- Hoạt động của các quạt hút, quạt gió

Máy phát điện theo dự báo có độ ồn khá cao nhưng hoạt động cũng không liêntục, những thiết bị này được đặt trong một nhà riêng ở vị trí riêng biệt để giảm thiểutiếng ồn phát sinh ra trong quá trình vận hành Đồng thời vì khu vực Nhà máy nằmtrong khu công nghiệp tập trung cách xa khu vực dân cư nên xét về độ ô nhiệm tiếng

ồn là không quan trọng

1.2.4.2 Khả năng gây cháy nổ:

Đặc điểm hoạt động của Nhà máy cần nhiều nhiên liệu dễ cháy như: dầu FO,

DO, các dung môi, khí nóng bốc lên tại lò sấy Tất cả các yếu tố đó rất dễ dẫn đếncháy nổ

Ngoài ra còn có một số nguyên nhân khác có thể gây cháy nổ:

- Lửa cháy do rác, củi, chăn màn, nệm…

- Lửa cháy do các thiết bị điện bị chập

- Lửa cháy do sét đánh

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI 2.1 Mục đích của việc xử lý khí thải:

Không khí đóng vai trò rất quan trọng đối với sinh vật nói chung và con người nóiriêng Thật vậy, con người có thể không ăn hoặc không uống trong nhiều ngày nhưng lạikhó có thể nhịn thở trong vài phút Lượng không khí cần thiết cho một người trong mộtngày khoảng 14 kg (tương đương 12 m3) Có thể thấy không khí gắn liền với sự tồn tại,sinh trưởng và phát triển của mọi sinh vật trên trái đất Bên cạnh đó, không khí cũng cótác động không nhỏ đến chất lượng của các yếu tố môi trường khác (đặc biệt là không khí

bị ô nhiễm) như làm thay đổi chất lượng nước hay tạo mưa axit gây chua đất…

Tuy nhiên, hiện nay môi trường không khí đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Khôngkhí bị ô nhiễm từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo, trong đó nguồn nhân tạo

là nguyên nhân chính Nguồn ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu là do các hoạtđộng công nghiệp và giao thông Trong đó khí thải từ các hoạt động công nghiệp có chứanhiều chất độc hại với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần Vì vậy,mục đích của việc xử lý khí thải là loại bớt các chất ô nhiễm có trong khí thải đến mức cóthể chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định trước khi thải ra môi trường nhằm hạn chếvấn đề ô nhiễm không khí đến mức thấp nhất

2.2 Các phương pháp xử lý khí thải:

Xử lý khí thải là làm cho nồng độ các chất độc hại trong khí thải giảm tới mức độtối thiểu trong phạm vi cho phép trước khi thải vào môi trường xung quanh hoặc để giữlại những thành phần giá trị từ dòng khí đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục

Một số phương pháp xử lý khí thải:

2.2.1 Phương pháp xử lý bụi:

Bụi là các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trìnhnghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau, dưới tác dụng của dòng khí hoặckhông khí chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng

Nguồn phát thải bụi cố định phổ biến nhất ở các nhà máy, xí nghiệp là các quátrình đốt nhiên liệu trong các loại lò cũng như nhiều công đoạn gia công, chế biến vật liệudạng hạt, bột khác nhau

Một số phương pháp xử lý bụi:

 Buồng lắng bụi :

Cấu tạo của buồng lắng bụi rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiếtdiện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòngkhí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tácdụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo

Hình 2.1: Mặt cắt dọc buồng lắng bụi

Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 – 70 µm trởlên Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng.Ngoài ra buồng lắng bụi còn được sử dụng như cấp lọc thô trước các loại thiết bị lọc tinhkhác

 Thiết bị lọc bụi ly tâm: gồm có 2 dạng là thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang và thiết

bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (Cyclon) Tuy nhiên, thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng là đượcdùng phổ biến

b a

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (cyclon) có cấu tạo rất đa dạng, nhưng về nguyêntắc cơ bản bao gồm các bộ phận :

Hình 2.2: Cấu tạo Cyclon

Không khí mang bụi đi vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thânhình trụ đứng 2 Phần dưới của thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ống xả bụi 4 Bêntrong thân hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp cùng trục đứng với thân hình trụ

Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phương tiếp tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốcbên trong thân hình trụ của cyclon và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí

bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống

5 mà thoát ra ngoài

Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm chochúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mấtđộng năng và rơi xuống đáy phễu Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi vàothùng chứa

Thông thường ở đáy phễu có áp suất âm ( áp suất tương đối), do đó khi mở van 6không khí bên ngoài sẽ bị hút vào cyclon từ dưới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắngđọng ở đáy phễu bay ngược lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tácdụng của việc lọc bụi Để tránh tình trạng trên người ta dùng van kép, trước khi xả bụingười ta đóng van 6a rồi mới mở van dưới 6b

Cyclon thường được sử dụng trong các trường hợp:

o Bụi thô

o Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 g/m3

o Không đòi hỏi hiệu quả lọc cao Khi cần đạt hiệu quả cao hơn thì dùngcyclon ướt hoặc cyclon chùm

 Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi:

Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi – gọi tắt là thiết bị lọc bụi Venturi( Venturi scrubber) có cấu tạo bao gồm :

Hình 2.3: Cấu tạo thiết bị lọc bụi Venturi

Để tăng tốc dòng khí người ta sử dụng ống thắt dần 1, đi qua vào đoạn ống trụngắn – họng 2 Trong họng 2, vận tốc dòng khí đạt được giá trị lớn nhất (80 – 200 m/s).Họng 2 nối tiếp vào ống khếch tán 3, ở đây xảy ra sự giãn nở khí và sự giãm vận tốc (tới

10 – 20 m/s) của dòng không khí Nước được phun vào qua ống 4 vào vòi phun trướcđoạn ống trụ Ong khếch tán 3 nối theo phương tiếp tuyến vào thân hình trụ 5 Khi dòngkhí mang bụi được đẩy vào ống Venturi với vận tốc lớn, động năng của dòng khí tại chỗthắt của ống Venturi sẽ kéo theo nước và xé nước thành giọt mịn Bụi trong dòng khí sẽ

va đập quán tính vào các giọt nước và bị đọng lại trên bề mặt giọt nước Đến lượt củamình, những giọt nước mang theo bụi bị dòng khí chuyển động xoắn ốc trong thân hình

trụ ép vào thành và chảy xuống dưới rồi theo ống 6 xả ra ngoài, còn khí sạch thoát lêntrên qua miệng ống 7.

Quá trình quan trọng nhất trong thiết bị lọc bụi Venturi là sự va đập quán tính giữahạt bụi và những giọt nước trong bản thân ống Venturi Chính quá trình này quyết địnhhiệu quả lọc của thiết bị Còn quá trình tiếp theo xảy ra trong thân hình trụ là quá trìnhtách nước ra khỏi dòng khí bằng lực ly tâm do dòng khí chuyển động xoắn ốc gây ra –giống như trong các cyclon thông thường

Những ống Venturi được lắp đặt ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng Tiết diện củaống Venturi có thể là hình tròn hay hình chữ nhật

Ưu điểm của ống Venturi với sự phun nước là có khả năng lắng các hạt bụi lớn lêntới kích thước 10 µm và vì vậy hiệu suất làm sạch bụi rất cao 99.9% Hiệu quả làm sạchcòn phụ thuộc nhiều vào vận tốc chuyển động của dòng khí Sự tăng đường kính của giọtnước phun với sự tăng lưu lượng riêng của nước phun (dm3/m3 không khí) dẫn tới tăngsức cản thủy lực của ống Venturi và tăng hiệu quả làm việc của thiết bị Lưu lượng nướccung cấp có thể đạt tới 0.5 – 1 kg/m3

Bên cạnh đó ống Venturi còn có những nhược điểm: sức cản khí động của dòngkhí là rất lớn – 10000Pa (1000kg/cm2) và lớn hơn, tiêu hao năng lượng cho hệ thống làlớn

2.2.2 Phương pháp xử lý khí thải độc hại:

 Phương pháp thiêu hủy:

Phương pháp này thường dùng trong các trường hợp khi mà khí thải của các quátrình công nghệ không thể thu hồi hoặc tái sinh được Phương pháp này có 2 loại: có xúctác và không có xúc tác

- Thiêu hủy không có chất xúc tác được thực hiện khi đốt trực tiếp khí thải ở nhiệt

độ cao: 800 đến 10000C Phương pháp này áp dụng đối với khí thải có nồng độ độc hạicao (vượt quá giới hạn bốc cháy) và có hàm lượng oxy đủ lớn Có thể thiêu cháy khí thải

ở trong các lò đốt khi cần tận dụng lượng nhiệt khá lớn tỏa ra

- Thiêu cháy có chất xúc tác cần diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và nhiệt độ đốtkhoảng 250 đến 3000C Trong phương pháp này thường sử dụng các bề mặt kim loại như:các dải băng bạch kim, đồng, crôm, niken …làm chất xúc tác Làm sạch khí thải theophương pháp này có giá thành rẻ hơn so với phương pháp thiêu đốt không có xúc tác.Phương pháp có chất xúc tác thường thích hợp cho các khí độc hại có nồng độ gần vớigiới hạn bắt lửa.

 Phương pháp sinh hóa, vi sinh:

Phương pháp này lợi dụng các vi sinh vật trong môi trường xung quanh (đất, nước,không khí…) để hấp phụ , phân hủy các khí thành phần độc hại có trong dòng khí thải.Ngoài ra các vi sinh vật còn tiêu thụ một phần đáng kể các tạp chất có trong hỗn hợp khí,nhất là khí thải của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhà máy tổng hợp hữu cơ…Phương pháp sinh hóa, vi sinh được thực hiện theo một quy trình đơn giản nhưng manglại hiệu quả kinh tế nhất định

Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trongmôi trường khí nói chung, khử khí độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí

có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợpcho những trường hợp:

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

o Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi

o Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khíkhác không thể áp dụng được

Quá trình hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý (physical adsorption) và hấp phụhoá học(chemisorption)

 Hấp phụ vật lý:

Trong hấp phụ vật lý các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ cólực liên kết giữa các phân tử (lực Vander Waals) Hấp phụ là quá trình có tỏa nhiệt.Lượng nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cường độ của lực liên kết phân tử và tương đương vớientanpy (nhiệt) ngưng tụ của hơi, khí Lượng nhiệt đó nằm trong khoảng từ 2 – 20kJ/g.mol

Ưu điểm của quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch Bằng cách hạ thấp

áp suất riêng của chất khí cần hấp phụ trong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ, khí đã bịhấp phụ nhanh chóng được nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi.Trong trường hợp này sự thay đổi nhiệt độ được áp dụng một cách phổ biến nhất

Tính chất thuận nghịch của quá trình hấp phụ vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọngkhi cần thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bãohòa để tái sử dụng

Lượng khí bị hấp phụ bằng quá trình hấp phụ vật lý giảm rất nhanh khi nhiệt độtăng và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ Lượngkhí bị hấp phụ tỷ lệ thuận theo diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ

Một ưu điểm nữa của hấp phụ vật lý là tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh

 Hấp phụ hóa học :

Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vậtliệu hấp phụ Trong trường hợp này lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết tronghấp phụ vật lý Do đó lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được giảiphóng trong hấp phụ vật lý Lượng nhiệt này thường nằm trong khoảng 20 – 400kJ/g.mol Do lượng nhiệt hấp phụ hóa học lớn, năng lượng cần cho phản ứng giữa cácphân tử của chất bị hấp phụ với phân tử của chất hấp phụ là ít hơn đáng kể so với nănglượng cần cho phản ứng của các chất ấy ngay trong pha khí Chi phí ít năng lượng chophản ứng là cơ sở để giải thích hiệu quả của chất xúc tác bằng bề mặt chất rắn trong việcthúc đẩy nhanh một số quá trình hóa học trong công nghệ hóa chất.

Một đặc điểm khác biệt quan trọng nữa của hấp phụ hóa học so với hấp phụ vật lý

là tính chất không thuận nghịch của quá trình Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trongquá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí bị thay đổi Do đó nếu muốn thuhồi khí có giá trị hoặc hoàn nguyên chất hấp phụ để tái sử dụng thì cần chọn vật liệu hấpphụ nào có tính chất hấp phụ vật lý là chủ yếu

Nếu tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, người ta gọi làquá trình hấp phụ hóa học kích hoạt (activated chemisorption, tức có thể kích hoạt được).Còn nếu quá trình hấp phụ xảy ra rất nhanh và không phụ thuộc vào nhiệt độ, người tagọi đó là quá trình hấp phụ hóa học không kích hoạt (nonactivated chemisorption)

Hình 2.4: Thiết bị hấp phụ

Dòng khí thải đi vào thiết bị từ ống 1 Khi dòng khí thải đi qua các lớp vật liệu hấpphụ 2, khí thành phần trong hỗn hợp khí thải được bám giữ trên các bề mặt của các hạtvật liệu còn không khí sạch được xả ra ngoài qua ống 3.

Vật liệu hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sự phát triển bề mặtbên trong rất lớn và chúng cần phải đáp ứng một số yêu cầu :

để tách ra những thành phần giá trị từ dòng khí và đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ

để tiếp tục sử dụng hoặc là để tách ra những chất độc hại trong dòng khí trước khi thảivào môi trường xung quanh Thông thường sử dụng làm sạch hấp thụ hợp lý khi nồng độcủa thành phần khí độc hại trong dòng khí thải khá lớn: cao hơn 1% theo thể tích

Sự hấp thụ gồm 2 phương thức: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

 Hấp thụ vật lý: những phần tử bị hấp thụ không đi vào những phần tử hấp thụ,nghĩa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ không kéo theophản ứng hóa học Khi áp suất riêng phần của khí thành phần có trong hỗn hợpkhí cao hơn áp suất cân bằng trên bề mặt dịch thì quá trình hấp thụ tiếp tục Hấpthụ vật lý thường người ta sử dụng chất hấp thụ phổ biến nhất là nước, đồng thời

cả những dung dịch hữu cơ - không điện phân, không phản ứng với khí thànhphần và dung dịch của chúng Sử dụng nước rất hợp lý để làm sạch thể tích lớnkhí thải áp suất thấp (khí thải sản xuất công nghiệp), bởi vì trong những thiết bị

lớn khó mà tránh khỏi tổn hao dung dịch hấp thụ, mà nước lại là chất hấp thụ rẻ,

dễ kiếm

 Hấp thụ hóa học: những phần tử bị hấp thụ sẽ tác động tương hổ hóa học với cácphần tử hoạt tính khí của chất hấp thụ và tạo thành hỗn hợp hóa học mới Khinày áp lực cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dịch ít hơn một chút sovới sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hoàn toàn khỏi dòng khí thải Khihấp thụ hóa học có thể sử dụng những hợp chất hóa học sau: dung dịchmonoetanolamin, dietanolamin, ammoniac, những dung dịch natri carbonat…những phân tử của khí thành phần hòa tan trong dung dịch đi vào phản ứng vớinhững phân tử thành phần hoạt tính của chất hấp thụ Đa số các phản ứng là tỏanhiệt và thuận nghịch, do đó khi tăng nhiệt độ dung dịch thì hợp chất tạo thànhđược phân hủy và sẽ tách thành những thành phần ban đầu

lớp vật liệu đệm 2 làm tăng diện tích tiếp xúc giữa 2 pha, giúp tăng hiệu quả của thiết bị.Tại lớp tách ẩm 4, lượng khí thải vừa được xử lý (trở thành khí sạch) được đưa ra môitrường ngoài hoặc cũng tại đây một số dung dịch được hoàn nguyên và được chuyển sangcông đoạn khác Dòng cặn sẽ được tháo ra ngoài qua ống 6 Lượng dung dịch hấp thụtưới trong thiết bị khoảng 1.3 đến 2.6 mg/m3 Hiệu quả có thể đạt đến 95% tùy thuộc vàoloại khí độc hại và dung dịch hấp thụ.

o Ưu điểm của phương pháp : thích hợp với các loại khí độc hại dễ hòa tan trongdung dịch hay dễ phản ứng với các tác nhân hấp thụ chứa trong nước như là các khí SO2,

 Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị

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

o Ta thấy rằng không có chất hấp thụ nào thỏa mãn được tất cả các yêu cầu trênnên trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thỏa mãn được nhữngyêu cầu cơ bản Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, nước làloại chất hấp thụ sẵn có, giá rẻ và thuận tiện nhất Tuy nhiên, nước chỉ hấp thụ

được một số ít loại khí độc hại, hơn nữa mức độ hấp thụ vật lý của nước cũng bịhạn chế Trong nhiều trường hợp người ta phải áp dụng phương pháp hấp thụhóa học bằng các loại dung dịch hóa chất khác nhau tùy theo chất độc hại cầnkhử.

CHƯƠNG 3 : ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

Đườn

g kính trung bình ống khói (mm)

Chiề

u cao các ống khói (m)

Nhiệ

t độ khói thải ( o C)

Địa điểm công trình

N p (%)

S p (%)

A p (%)

W p (%)

Thể tích khí( m3 chuẩn/kgNL)

kết quả

1 Lượng không khí khô lý thuyếtcần cho quá trình cháy m

3

chuẩn/kgNL

Vt=α.Va (chọn α = 1,4) 14.59

4 Lượng SO2 trong SPC m

3

chuẩn/kgNL

VCO2=1,853.10-2(1-η).Cp 1.48

7 Lượng hơi nước trong SPC m

3

chuẩn/kgNL

VO2=0,21.(α-1).Va 0.88

10 Tổng lượng SPC

m3

chuẩn/kgNL

VSPC=VSO2+VCO+VCO2+VH2O+

VN2+VO2 15,389

11 Lượng khí NO

x trong SPC (xemnhư NO2 với ρNO2=2,054 kg/m3

14 Thể tích khí O2 tham gia vào

15 Lượng khói (SPC) ở điều kiệnchuẩn m3/s Lc=VSPC.B/3600 3,63

16 Lượng khói (SPC) ở điều kiệnthực tế t

20 Lượng tro bụi với hệ số tro baytheo khói α=0,1-0,85 g/s M bụi= (10.α.Ap.B)/3600

Theo WHO, khi đốt cháy nhiên liệu rắn hoặc lỏng , có thể tính thể tích các sản phẩm cháynhư bảng dưới đây:

ST

T Đại lượng tính toán Đơn vị Thể tích khí( m3 chuẩn/kgNL) quả kết

1 Lượng không khí khô lý thuyếtcần cho quá trình cháy

m3

chuẩn/kgNL

Lượng khí CO trong SPC với

hệ số cháy không hoàn toàn

η=0,01-0,05

m3

chuẩn/kgNL

thừa chuẩn/kgNL

10 Tổng lượng SPC

m3

chuẩn/kgNL

VSPC=VSO2+VCO+VCO2+VH2O

15 Lượng khói (SPC) ở điều kiệnchuẩn m3/s Lc=VSPC.B/3600 3,68

16 Lượng khói (SPC) ở điều kiệnthực tế t

19 Lượng khí CO2 với ρCO2=1,977

CO2 =(103 VCO2.B.ρCO2)/3600 690,85Lượng khí NOx g/s M NOx = (103 M NOx )/3600 1,37

20 Lượng tro bụi với hệ số tro baytheo khói α=0,1-0,85 g/s M bụi= (10.α.Ap.B)/3600 0,59Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói:

Từ 2 bảng tính toán sản phẩm cháy cho mùa đông và mùa hè cần thiết kế hệ thống xử lí khí CO2 và CO cho mùa đông.

3.1.3 Tính nồng độ ô nhiễm

- Vận tốc gió:

v = 2,2 ( Bảng 2.15 vận tốc gió trung bình tháng và năm, QCVN 02:2009/BXD)Cấp bức xạ mặt trời với 2 v = 2,2 => loại ổn định của khí quyển là loại B ( Bảng 5.4 trang 102, Bài giảng mô hình hóa môi trường, TS Lương Văn Việt)

- Tính vận tốc gió;

Uz = U10m ()n

Trong đó:

• Uz: vận tốc gió tại độ cao xm (m/s)

• U10m: vận tốc gió tại độ cao 10m (m/s)

U10mm = v = 2,2 (m/s)

• Z: độ cao của ống khói (m), Z = 22 (m)

• n: tham số liên hệ với cấp ổn định

n = 0,15, ứng với cấp độ ổn định loại B ở thành phố ( Bảng trang 104, Bài giảng

mô hình hóa môi trường, TS Lương Văn Việt)

• : tốc độ gió tại chiều cao ống khói (m/s)

• : áp suất khí quyển (milibar, 1atm = 1013Mbar)

• : tương ứng là nhiệt độ của khí thoát ra khỏi miệng ống khói và của không khí xung quanh (oK)

) = 11,92 (m)

- Độ cao hữu dụng:

H = + h = 11,92 + 22 = 33,92 (m)

- Vận tốc gió tại độ cao hữu dụng:

- Nồng độ ô nhiễm CO2 trên mặt đất:

(x,y) = EXP ().EXP () (mg/m3)

Từ 2 bảng tính toán sản phẩm cháy cho mùa đông và mùa hè cần thiết kế hệ thống xử lí khí CO2 và CO cho mùa đông.

- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải côngnghiệp, tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3);

- C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2 của QCVN 19/2009

3.2 Đề xuất quy trình công nghệ

3.2.1 Quy trình 1

Khí thải từ lị hơi

Cyclon

Ống khĩi Tháp hấp thu

Bể chứa dd tuần hồn

Trạm XLNT Dung dịch tuần hồn

Thuyết minh quy trình 1:

- Khí thải từ lò hơi được thu gom và theo đường ống dẫn khí đến Cyclon Tại Cyclon, một lượng bụi trong khí thải sẽ được giữ lại ở đáy Cyclon và được tháo ra ngoài Lượng khí thải sẽ tiếp tục cho vào tháp hấp thụ Khí thải đượcđưa vào từ phần dưới của tháp, dung dịch hấp thu được đưa từ trên xuống qua vòi phun Trải qua quá trình truyềnkhối pha khí và pha lỏng sẽ tiếp xúc và xảy ra quá trình khí CO2 tác dụng với dung dịch NaOH (đây là quá trình hấp thu hóa học)

- Kết quả là CO2 từ khí chuyển thành dạng muối trong chất lỏng, do đó dòng khí trở nên sạch hơn và