Bài giảng kỹ thuật xử lý chất thải

LỜI NÓI ĐẦU Môn học “Kỹ thuật xử lý chất thải” được đưa vào chương trình đào tạo ngành Khoa học môi trường, trường Đại học Lâm nghiệp từ năm 2010 với mục đích là cung cấp cho sinh viên n

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học “Kỹ thuật xử lý chất thải” được đưa vào chương trình đào tạo ngành Khoa học môi trường, trường Đại học Lâm nghiệp từ năm 2010 với mục đích là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật xử lýnhư xây dựng mô hình và tính toán thiết kế công trình xử lý một số loại chất thải phát sinh trong hoạt động sống và sản xuất của con người Bài

giảng “Kỹ thuật xử lý chất thải” đã được xây dựng dựa trên sự tổng hợp và chọn

lọc của các tài liệu có liên quan như: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1,

2 và 3 (Trần Ngọc Chấn), Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải (Trinh Xuân Lai), Quản lý và xử lý chất thải rắn (Nguyễn Văn Phước)…Bài giảng này

sẽ thường xuyên đượccập nhật, bổ sung và chỉnh sửa dựa trên các nghiên cứu thực tiễn và nguồn tài liệu phong phú ở trong và ngoài nước, cũng như từ những kinh nghiệm giảng dạy của tác giả

Kết cấu bài giảng gồm 3 chương:

- Chương 1: Kỹ thuật xử lý khí thải

- Chương 2: Kỹ thuật xử lý nước thải

- Chương 3: Kỹ thuật xử lý chất thải rắn

Bài giảng được biên soạn trong một thời gian ngắn, nên không thể tránh khỏi những thiếu xót về nội dung và hình thức trình bày, vì vậy, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp để bài giảng được hoàn thiện và

có chất lượng tốt hơn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tác nhân gây ô nhiễm không khí và nguồn gốc phát sinh………13

Bảng 1.2 Vận tốc ngang tối đa cho phép trong buồn lắng của dòng khí thải………39

Bảng 2.1 Các quá trình và phương pháp xử lý nước thải……… 47

Bảng 2.2 Thành phần hoá học điển hình của nước thải sinh hoạt và mức độ ô nhiễm………52

Bảng 2.3 Lượng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt thành phố tính theo g/người/ngày…….54

Bảng 2.4 Ô nhiễm nước thải từ quá trình rửa chai bia……… 58

Bảng 2.5 Đặc điểm nước thải của nhà máy sản xuất bột ngọt Biên Hoà………61

Bảng 2.6 Đặc điểm thành phần trong nước thải của nhà máy sản xuất đường từ củ cải……63

Bảng 2.7 Nước thải qua hệ thống xử lý ở xí nghiệp giết mổ động vật Oberding, Đức……….66

Bảng 2.8 Thành phần nước thải của nhà máy giấy Platting……….68

Bảng 2.9 Đặc tính nước thải thuộc da……… 70

Bảng 2.10 Các chất ô nhiễm và đặc tính nước thải dệt nhuộm……….72

Bảng 2.11 Đặc tính nước thải tại một số xí nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam………73

Bảng 2.12 Xác định hệ số a……… 81

Bảng 2.13 Tải trọng bề mặt của bể lắng cát theo kích thước hạt đối với nước thải đô thị ở 15 0 ……… 84

Bảng 2.14 Các giá trị đặc trưng của các hệ số động học trong quá trình xử lý nước thải đô thị quy mô vừa và nhỏ……….91

Bảng 2.15 Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể aerotank……… 91

Bảng 2.16 Thông số thiết kế bể UASB của một số nguồn nước thải………97

Bảng 3.1 Xác định quy mô bãi chôn lấp theo quy mô đô thị và khu công nghiệp………… 113

Bảng 3.2 Khoảng cách thích hợp tới bãi chôn……… 114

Bảng 3.3 Xác định diện tích ô chôn lấp rác theo quy mô của đô thị và khu công nghiệp….115 Bảng 3.4 Tần suất ngập úng áp dụng để thiết kế hệ thống thoát nước mưa……….120

Bảng 3.5 Đặc tính của nước rỉ rác ở các bãi rác khác……….121

Bảng 3.6 Hệ số thoát nước bề mặt của một số loại đất và địa hình……… 122

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ các biện pháp xử lý khí thải……… 18

Hình 1.2 Buồng lắng bụi……… 19

Hình 1.4 Lọc bụi kiểu túi (lọc bụi tay áo)……… 20

Hình 1.5 Thiết bị tách bụi khô cyclone……… 20

Hình 1.6 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP)……… 21

Hình 1.7 Thiết bị lọc bụi dựa vào lực quán tính……… 21

Hình 1.8 Tháp rửa rỗng (hay buồng phun)……… 22

Hình 1.9 Thiết bị Ventury……….23

Hình 1.10 Các loại đệm……….24

Hình 1.11 Tháp đệm hình trụ……… 24

Hình 1.12 Tháp đĩa có ống chảy chuyền……… 25

Hình 1.13 Thiết bị hấp phụ kiểu đứng………26

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên tắc xây dựng mô hình xử lý khí thải……….29

Hình 1.15 Mô hình xử lý khí thải tổng quát……… 30

Hình 1.16 Mô hình xử lý khí thải chứa bụi………31

Hình 1.17 Mô hình xử lý khí thải chứa một lượng nhỏ bụi tinh………31

Hình 1.18 Mô hình xử lý dòng thải chứa khí độc hại……… 31

Hình 1.19 MHXL dòng thải chứa bụi và khí độc hại……… 32

Hình 1.20 Mô hình xử lý khí thải đốt nhiên liệu 1……… 32

Hình 1.21 Mô hình xử lý khí thải đốt nhiện liệu 2……… 32

Hình 1.23 Mô hình xử lý khí thải do đốt nhiên liệu tại Tp Hồ Chí Minh……….33

Hình 1.24 Mô hình xử lý khí thải tại nhà máy Hitachi………34

Hình 1.25 Mô hình xử lý khí thải công nghiệp luyện kim……… 34

Hình 1.26 Mô hình xử lý khí HF và SO 2 ………35

Hình 1.27 Mô hình xử lý khí thải nhà máy xi-măng và vật liệu xây dựng……… …….35

Hình 1.28 Mô hình xử lý khí thải công nghệ sơn mạ……… 35

Hình 1.29 Mô hình xử lý bụi gỗ……… 36

Hình 1.30 Mô hình xử lý khí thải tại nhà máy sản xuất thuốc lá……… 36

Hình 1.31 Mô hình xử lý bụi tại các xưởng dệt may……… 36

Hình 1.32 Sơ đồ cấu tạo buồng……… 38

Hình 1.33 Sơ đồ cấu tạo cyclone……….41

Hình 1.34 Kích thước và tiêu chuẩn của cyclone Starimand C.J……….41

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải……… 50

Hình 2.2 Mô hình xử lý đối với nước thải chứa nhiều chất vô cơ……….51

Hình 2.3 MHXL nước thải điển hình đối với nước thải chứa chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ………51

Hình 2.4 Mô hình xử lý nước thải có chứa kim loại nặng……… 51

Hình 2.5 Mô hình xử lý nước thải sinh hoạt……… 53

Hình 2.6 Mối quan hệ giữa trạm xử lý nước thải với nguồn nước tiếp nhận……….55

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải thành phố……….56

Hình 2.8 Mô hình xử lý nước thải ở nhà máy bia tại CHLB Đức……….59

Hình 2.9 Mô hình xử lý nước thải của nhà máy bia Bavaria, Lieshout, Hà Lan……… 60

Hình 2.10 Mô hình xử lý nước thải ở nhà máy sản xuất mỳ chính……… 61

Hình 2.11 Mô hình xử lý nước thải ở nhà máy sản xuất mỳ chính……… 62

Hình 2.12 MHXL nước thải bằng phương pháp lên men kỵ khí ở nhà máy Sỹdzucker AG… 64 Hình 2.13 Mô hình xử lý nước thải ở nhà máy giết ổ động vật ở Oberding, CHLB Đức……65

Hình 2.14 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải ở nhà máy giấy……….68

Hình 2.15 Mô hình xử lý nước thải công nghiệp thuộc da……….71

Hình 2.16 Mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm……….74

Hình 2.17 Mô hình xử lý nước thải chứa kim loại nặng……….77

Hình 2.18 Nguyên tắc thiết kế công trình xử lý nước thải……… 78

Hình 2.19 Sơ đồ cấu tạo song chắn rác……… 79

Hình 2.20 Hình dáng các loại thanh chắn rác……….80

Hình 2.21 Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát ngang……… 83

Hình 2.22 Bể lắng cát ngang được có hệ thống bơm hút cát……….86

Hình 2.23 Bể lắng cát đứng hình……….88

Hình 2.24 Sơ đồ công nghệ bể aerotank………90

Hình 2.25 Sơ đồ làm việc của bể lắng đợt……….94

Hình 2.26 Cấu tạo bể UASB………96

Hình 3.1 Mô hình xử lý rác thải sinh hoạt……… 107

Hình 3.2 Mô hình xử lý chất thải rắn……… 108

Hình 3.3 Mô hình công nghệ đốt rác thải trực tiếp ở Trung Quốc……….110

Hình 3.4 Mô hình công nghệ thiêu đốt rác thải ở Nga……….111

Hình 3.5 Mặt cắt ngang ô chôn lấp……… 116

Hình 3.6 Cấu tạo lớp đáy bãi chôn lấp………117

Hình 3.7 Tầng thu gom nước rác……… 118

Hình 3.8 Sơ đồ tuyến ống thu gom nước rác trong ô chôn lấp……… …118

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí hệ thống thu gom khí………119

Hình 3.10 Giếng quan trắc nước ngầm……… 121

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

HẰNG SỐ HÓA – LÝ

Độ nhớt động học μ = 17.17x10-6 (Pa.s) Gia tốc trọng trường g = 9,806 m s-2

Hữu cơ Khoa học, công nghệ

ONMT SCR

Ô nhiễm môi trường Song chắn rác

TP UNEP WWF

Thành phố Chương trình Môi trường của Liên Hợp Quốc

Quỹ quốc tế về bảo vệ thiên nhiên

BÀI MỞ ĐẦU

1 Đối tượng, nhiệm vụ và vị trí của môn học

Ô nhiễm môi trường đã và đang là một trong những vấn đề nóng bỏng được quan tâm trên toàn thế giới Nguyên nhân của vấn đề này chủ yếu gây ra bởi chất thải sinh ra từ quá trình sống và sản xuất của con người Vì vậy, xử lý chất thải là một trong những giải pháp cấp thiết để giải quyết vấn đề trên

Môn “Kỹ thuật xử lý chất thải” được xây dựng dựa trên ứng dụng nguyên

lý khoa học và kỹ thuật để cải thiện chất lượng môi trường tự nhiên và khắc phục những khu vực bị ô nhiễm Đối tượng của môn học là sinh viên ngành Khoa học môi trường, Khoa Quản lý Tài nguyên Rừng và Môi trường Mục tiêu của môn học là giúp sinh viên thấy được tầm quan trọng và ý nghĩa của hoạt động xử lý chất thải, đồng thời cung cấp cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản về nguyên lý, kỹ thuật và tính toán các công trình xử lý khí thải, nước thải và chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, sinh hoạt… của con người

2 Tính cấp thiết và lịch sử của hoạt động xử lý chất thải

Môi trường là tập hợp tất cả yếu tố vật chất và phi vật chất của thế giới tự nhiên và nhân tạo, có ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống của con người và sinh vật Theo Charles H.S.(1976), đối với xã hội loài người, môi trường có ba chức năng cơ bản sau:

o Môi trường cung cấp không gian sống

o Môi trường cung cấp tài nguyên thiên nhiên cần thiết cho các hoạt động sống và sản xuất

o Môi trường chứa đựng và cải biến chất thải do con người thải ra trong cuộc sống và sản xuất

Chất lượng môi trường được hiểu theo nhiều cách khác nhau, cụ thể như: + Đảm bảo tốt các điều kiện đi lại, ăn ở, văn hoá - xã hội của con người + Đầy đủ tiện nghi cho cuộc sống như: điện, nước, các khu vui chơi, giải trí, làm việc,

+ Chất lượng cuộc sống tốt còn được hiểu là chất lượng các điều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội bao quanh con người, ảnh hưởng đến sức khỏe, hoạt động của từng con người và của cả cộng đồng

Tuy nhiên, cùng với những thành tựu gặt hái được trong lĩnh vực kinh tế,

khoa học và công nghệ, loài người đang phải đối diện với nguy cơ suy giảm chất lượng môi trường và những vấn đề về sức khỏe có liên quan tới ô nhiễm môi trường Các vấn đề môi trường trở nên đặc biệt nghiêm trọng từ sau Cuộc cách mạng công nghiệp vào thế kỉ thứ 18 Nguyên nhân chủ yếu gây suy giảm chất lượng môi trường là sự phát thải chất độc hại từ hoạt động sản xuất công nghiệp, giao thông, khai khoáng, sinh hoạt… của con người

Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng, chất hóa học và năng lượng (như nhiệt, âm thanh…) sau khi được thải ra môi trường, tùy vào đặc tính hóa lý và điều kiện môi trường bên ngoài mà chúng có sự biến đổi và có tác động khác nhau tới các thành phần của môi trường Nhiều hợp chất độc hại đã xâm nhập vào cơ thể người và sinh vật thông qua chuỗi thức ăn Phần lớn chúng là những hợp chất, phân tử hoặc nguyên tử tồn tại lâu trong môi trường và có độc tính cao đối với con người và sinh vật Ví dụ: lưu trình và ảnh hưởng của hợp chất chì trong xăng đối với con người và môi trường:

Pb(C2H5)4 + O2PbCl2 + PbBr2 (trong khí

quyển)

Người Thực phẩm PbCl2, bBr2 (trong đất)

 Hiện nay, chất lượng môi trường có một số biểu hiện suy giảm như sau:

 Tại các khu công nghiệp và đô thị lớn, hàm lượng bụi và khí độc hại như CO2, NOx, SO2, HC trong khí quyển gia tăng, vượt quá tiêu chuẩn cho phép Trong lịch sử, nhân loại đã phải trải qua nhiều thảm họa về ô nhiễm không khí Từ thế kỉ 20, hàng loạt thảm họa liên quan tới khí thải, rò rỉ khí… đã xảy ra

và gây thiệt hại lớn cho nhân loại Hiện tượng “nghịch đảo nhiệt”xảy ra ở thung lũng Manse, Bỉ (1930), Monongahela, Mỹ (1948) London, Anh (1952)… đã làm rất nhiều người bị chết và bị ngộ độc Vào tháng 8 – 1969, không khí bị tù hãm lâu ngày đã che phủ một vùng rộng lớn nước Mỹ, từ Chicago và Milwankee đến New Orleans và Philadelphia đã gây thiệt hại về người và tài sản Vụ rò MIC (metyl – iso – cyanate) tại công ty sản xuất phân bón ở Bhopal,

Ấn Độ vào năm 1984 đã làm trên 5,000 người bị chết, và trên 50,000 người bị nhiễm độc trầm trọng Vào năm 1992, 20 triệu dân thành phố Mexico đã phải gánh chịu ô nhiễm môi trường do khí độc, bụi và mủi thải ra từ 2,5 triệu xe hơi

và khoảng 30 ngàn nhà máy, xí nghiệp (Đinh Xuân Thắng, 2007)

khí ống xả

 Hàm lượng các khí nhà kính tăng nhanh ở các nước phát triển đã dẫn tới sựgia tăng nhiệt độ trái đất Điều này đã và đang gây ra các biến đổi sinh thái quy mô toàn cầu: băng tan, mực nước biển dâng cao, thiên tai xảy ra thường xuyên và khốc liệt hơn, gia tăng dịch bệnh Hậu quả lâu dài sẽ là đói nghèo và diệt vong

 Chất lượng nước mặt và nước ngầm ở nhiều nơi đã bị suy giảm nghiêm trọng Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải từ các khu đô thị, các khu sản xuất chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để đổ ra môi trường, làm nhiễm bẩn các nơi tiếp nhận dòng thải Các biểu hiện suy giảm chất lượng nguồn nước bao gồm: hàm lượng kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật, phân bón hoá học, chất dinh dưỡng hữu cơ và các chỉ tiêu hoá - lý khác đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Ở nhiều nơi, thuỷ vực nước ngọt trở thành thuỷ vực chết do ô nhiễm quá nặng

 Nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở các nước nghèo, đất nông nghiệp bị thoái hoá do phương thức canh tác không hợp lý, quá lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật, thiếu đầu tư thoả đáng vào việc cải tạo đất Bên cạnh đó, xói mòn, rửa trôi, mặn hoá và việc sử dụng đất không hợp lý vào các mục đích phi nông nghiệp là những nguyên nhân khác dẫn tới suy thoái nguồn tài nguyên quý hiếm này

Để cải thiện chất lượng môi trường và bảo vệ sức khỏe con người, thế giớiđã có nhiều nỗ lực tìm ra các giải pháp về xử lý và quản lý chất thải Ví dụ, vào nền văn minh Harappan cổ đại (còn được gọi là nền Văn minh thời đại đồ Đồng, 3000 – 1200 BC), các hệ thống cỗng rãnh thoát nước đã được xây dựng ở nhiều thành phố Đến thời La-mã, các hệ thống kênh, cống dẫn nước đã được xây dựng để ngăn chăn hạn hán và để tạo nguồn nước cấp sạch cho các thành phố lớn của Rome Vào thế kỉ thứ 15, thành phố Bavaria của Đức đã sử dụng luật về bảo vệ các nguồn nước cấp cho thành phố Các hệ thống thoát nước và

kỹ thuật môi trường hiện đại đã được áp dụng để ngăn chặn dịch bệnh (như tiêu chảy) tại các thành phố lớn của Anh, Pháp, Mỹ… từ giữa thế kỷ 19

Vào năm 1991, Hiệp hội quốc tế về bảo vệ thiên nhiên (IUCN), Chương trình môi trường của Liên Hiệp Quốc (UNEP) và Quỹ quốc tế về bảo vệ thiên nhiên (WWF), đã công bố chiến lược cho cuộc sống bền vứng - “Cứu lấy trái đất”, trong đó nhấn mạnh ba mục tiêu chiến lược bảo vệ toàn cầu:

- Phải duy trì các quá trình sinh thái quan trọng của các hệ bảo đảm sự sống;

- Phải bảo tồn tính đa dạng di truyền;

- Phải sử dụng bền vững bất cứ một loài hay một hệ sinh thái nào

Để thực hiện được các mục tiêu đó, lời kêu gọi về ngăn ngừa ô nhiễm môi trường đã được đưa ra, cụ thể là:

“Tất cả các chính phủ cần phải ban hành nguyên tắc phòng ngừa Đó là giảm hoặc nơi nào có điều kiện thì ngăn chặn việc thải bỏ bừa bãi chất thải độc hại… Phải vận dụng các biện pháp kích thích bằng kinh tế và quy chế Tất cả các chính quyền thành phố, công xưởng, công nghiệp và nông dân đều phải đóng góp cho công việc đó”…

“Việc thải ra các chất SOx, NOx, CO và các chất hydrocarbon phải được giảm ở mức tối thiểu ở các nước có thu nhập cao Bên cạnh đó, với các nước đang công nghiệp hóa, tình trạng đó không được để tăng lên Việc thải ra các

chất gây hiệu ứng nhà kính cần phải được hạn chế tối đa Với các nước có thu

nhập thấp cần phải cố gắng giảm thiểu ô nhiễm từ những nguồn mới”…

Cũng theo lời kêu gọi đó, vào cuối thế kỉ này, tất cả các chính phủ phải ban hành “nguyên tắc phòng ngừa” và phải tuân thủ theo đúng quy định về cắt giảm phát thải khí nhà kính, đặc biệt đối với các nước thu nhập cao để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, chống biến đổi khí hậu vàbảo vệ trái đất

Từ nửa đầu thế kỉ 20 trở lại đây, nhận thức được tầm quan trọng của việc

xử lý chất thải trong phòng ngừa ô nhiễm, công nghệ và kỹ thuật môi trường đã được nghiên cứu và áp dụng sâu rộng trên khắp thế giới, nhằm cải thiện chất lượng môi trường, giảm tải áp lực tới tài nguyên thiên nhiên và duy trì cân bằng sinh thái

Ở Việt Nam, sự ra đời của bộ luật Bảo vệ môi trường (1993) đã đánh dấu một mốc quan trọngtrong công tác bảo vệ môi trường trên phạm vi toàn quốc Trong những năm gần đây, chính phủ đã có nhiều quan tâm và đầu tư cho các hoạt động bảo vệ môi trường và phục hồi những khu vực bị ô nhiễm Tuy nhiên,

do đặc thù là một nước có nền kinh tế kém phát triển, trình độ công nghệ còn thấp kém và mật độ dân cư đông đúc, ô nhiễm môi trường đang một trong nhiều vấn

đề bức xúc và khó giải quyết ở Việt Nam

Chương 1

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

1.1 Khái niệm, nguồn gốc và đặc tính khí thải

1.1.1 Khái niệm và phân loại khí thải

Không khí là một trong những yếu tố cần thiết duy trì sự sống trên trái đất Trong điều kiện bình thường, không khí sạch chứa khoảng 78% N2 và 21%

O2 Tuy nhiên, ô nhiễm không khí đã xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt làở các khu đô thị, khu công nghiệp, khu khai thác mỏ và các nút giao thông Theo TCVN 5966 – 1995, sự ô nhiễm không khí đuợc định nghĩa là:”Sự có mặt của các chất trong khí quyển sinh ra từ hoạt động của con người hoặc từ các quá trình tự nhiên và nếu nồng độ đủ lớn thời gian đủ dài, chúng sẽ ảnh hưởng tới sự thoải mái, dễ chịu, sức khỏe hoặc lợi ích của người hoặc môi trường” Như vậy, tác nhân chính gây suy giảm chất lượng và ô nhiễm môi trường không khí bao gồm chủ yếu là các tác nhân tồn tại ở dạng khí, hơi dung môi, sol và bụi, được sinh ra từ các quá trình tự nhiên cũng như hoạt động sống và sản xuất của con người, chúng làm thay đổi thành phần của không khí sạch; sự thay đổi đó làm giảm tầm nhìn xa, gây mùi khó chịu hoặc gây bệnh cho con người và sinh vật

- Các tác nhân dạng khí: là những chất ở điều kiện bình thường, chúng tồn tại dưới dạng khí như: NOx, SOx, CO, CO2, H2S, NH3…

- Các tác nhân dạng hơi: là những chất ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường chúng tồn tại ở dạng rắn hoặc lỏng, nhưng chúng dễ bay hơi ở nhiệt

độ cao như: hơi benzene, hơi formal dehyde…

- Các tác nhân dạng sol khí: là tập hợp các phần tử chất lỏng hoặc chất rắn

ở thể rời rạc tồn tại ở trạng thái lơ lửng cùng không khí với khoảng thời gian không hạn định Kích thước nhỏ nhất của sol khí có thể chỉ bằng kích thước của một phân tử và lớn nhất có thể tới vài μm Hàm lượng của chúng trong không khí nằm ở khoảng 10-5 – 10-2kg/m3

- Các tác nhân dạng bụi: là tập hợp các phân tử chất rắn rời rạc tồn tại lơ lửng trong không khí Kích thước của bụi nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy bằng mắt thường

Ngoài ra, theo nguồn gốc phát sinh tác nhân gây ô nhiễm không khí, người ta phân biệt 2 dạng chất ô nhiễm: sơ cấp và thứ cấp Chất ô nhiễm sơ cấp

là những chất được đưa ra môi trường trực tiếp từ nguồn thải Ví dụ: khói, bụi,

SO2, NOx được thải ra từ các ống khói của các lò đốt nhiên liệu hóa thạch Chất

ô nhiễm thứ cấp là những chất được tạo thành từ tác nhân ô nhiễm sơ cấp Ví dụ:

H2SO4 là chất ô nhiễm thứ cấp được sinh ra từ sự kết hơp giữa SO2 và nước

Như vậy, khí thải tồn tại chủ yếu ở 2 dạng: dạng khí và dạng phân tử rời rạc (bụi) Việc xác định dạng tồn tại của các tác nhân gây ô nhiễm không khí và

sự biến đổi của chúng trong môi trườnglà rất cần thiết để lựa chọn biện pháp công nghệ xử lý phù hợp và hiệu quả

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh khí thải

Các tác nhân gây ô nhiễm không khí (khí thải) có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo:

i) Nguồn gốc tự nhiên:

- Núi lửa: Dòng nham thạch phun trào từ miệng núi lửa thường có nhiệt

độ rất cao và mang theo nhiều khói, bụi, trovà khí như H2S, CH4,SO2, NOx… gây ô nhiễm không khí

- Cháy rừng: Các đám cháy rừng do thời tiết khô hạn kéo dài, sét… đã phát thải vào khí quyển nhiều bụi, khói và khí như COx, CO, NOx…

- Bão bụi: Hiện tượng bão cát, bão bụi diễn ra khá phổ biến trên sa mạc Những trận bão bụi thường cuốn một lượng lớn bụi rắn vào khí quyển, gây ô nhiễm bụi và giảm tầm nhìn, gây ảnh hưởng tới hoạt động đi lại, sản xuất của con người

- Sự bốc hơi từ đại dương: Quá trình bốc hơi trên mặt biển và đại dương mang theo tinh thể muối, chủ yếu là muối Cl- Hàng năm, quá trình này đưa vào khí quyển khoảng 2.109 tấn trong đó, một phần không nhỏ được mang vào đất liền nhờ gió Sương mù bốc hơi từ đại dương thường gây tác động tiêu cực tới các công trình xây dựng (gây han gỉ vật liệu) và mùa màng

- Quá trình phân hủy xác động – thực vật: Trong môi trường xung quanh

có rất nhiều vi sinh vật như vi khuẩn, virus Quá trình thối rữa xác động thực vật và các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vậtở các khu vực đầm lầy, bãi rác, cống rãnh… sản sinh ra các mùi hôi thối khó chịu, sản phẩm chủ yếu của quá trình này là NH3, CH4, CO2, H2S

- Nguyên nhân khác: Hoạt động sống của thực vật, bụi vũ trụ… cũng là những nguồn phát thải khí bụi, gây ô nhiễm môi trường không khí

Tổng lượng tác nhân ô nhiễm không khí có nguồn gốc tự nhiên là tương đối lớn, nhưng chúng không tập trung mà phân bố rải rác trên toàn thế giới Bên cạnh đó, con người và sinh vật trên trái đất, trong quá trình sống và phát triển,

đã thích ứng với sự có mặt của các chất ô nhiễm đó, vì vậy, chúng ít hoặc không

gây tác động tiêu cực tới sức khỏe và sự sống của con người và sinh vật

ii) Nguồn gốc nhân tạo:

- Nguồn phát thải công nghiệp: đây là nguồn phát thải tác nhân gây ô

nhiễm không khí lớn nhất của con người Các hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch

và sản xuất công nghiệp (ví dụ: luyện gang thép, chế biến dầu mỏ, sản xuất vật liệu xây dựng, hóa chất, phân bón…) sản sinh ra lượng lớn bụikhí thải độc hại như COx, CO, NOx…Bên cạnh đó, quá trình thất thoát, rò rỉ, vận chuyển… cũng phát sinh nhiều khí thải ra môi trường Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng bao gồm: nhiệt điện, luyên gang thép, phân bón

và hóa chất, khai khoáng, sản xuất xi măng và nhiên vật liệu xây dựng…

- Nguồn phát thải từ hoạt động giao thông – vận tải: đây là nguồn gây ô

nhiễm lớn tại các thành phố, khu đô thị và khu đông dân cư Quá trình đốt nhiên liệu động cơ tạo ra nhiều bụi và khí thải như COx, CO, NOx, SO2, Pb…

- Nguồn phát thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp: Trong sản xuất

nông nghiệp, việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật độc hạikhông đúng liều lượng là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí Ngoài ra, hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm cũng là một trong những nguồn phát sinh khí thảitại các vùng nông thôn

- Nguồn phát thải từ hoạt động sống của con người: Hoạt động đun nấu,

thắp sánghằng ngày của con người là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí Đây là nguồn gây ô nhiễm nhỏ và cục bộ, nhưng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

Ngoài ra, nguồn gốc phát sinh khí thải còn được phân loại dựa theo không gian Theo tiêu chí này, nguồn thải bao gồm: nguồn cố định và nguồn di động Nguồn cố định bao gồm các nguồn phát thải từ hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch, từ các nhà máy, khu công nghiệp… Nguồn di động là nguồn phát thải từ hoạt động giao thông như khí thải của các phương tiện giao thông (xe, tàu hỏa, máy bay…)

Như vậy, nguồn ô nhiễm nhân tạo là rất lớn và liên quan chủ yếu tới quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch (dầu, than đá, khí đốt) Một số tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí và nguồn gốc của chúng được tổng hợp ở bảng 1.1 Bảng 1.1 Tác nhân gây ô nhiễm không khí và nguồn gốc phát sinh

2 Chlorine (Cl2) - Xưởng sản xuất hóa chất, thuốc trừ sâu, thuốc trừ

bệnh, nhựa…

3 Floride (F

) - Sản xuất hóa chất, phân bón…

Tinh chế nhôm

4

-Đốt nhiên liệu hóa thạch

- Nhà máy nhiệt điện, nồi hơi, sản xuất acid H2SO4, tinh chế quặng, tinh lọc dầu thô…

5 Chì (Pb) - Tinh chế quặng, sản xuất ac-quy, sản xuất điện…

- Giao thông

6

NOx (NO, NO2) - Giao thông,

- Đốt nhiên liệu hóa thạch

- Sản xuất điện, sản xuất acid HNO3, phân bón… (Ngoài ra, NOx còn là tác nhân ô nhiễm thứ cấp, được hình thành nhờ phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển)

Ozone (O3) - Giao thông

- Đốt nhiên liệu hóa thạch

- Tinh lọc dầu mỏ, luyện nhôm…

- Sản xuất phân bón, gốm sứ, thủy tinh…

1.1.3 Đặc tính của khí thải

i) Đặc tính của khí:

Khí thải được sinh ra trong tự nhiên hoặc từ các hoạt động sống và sản xuất của con người nên có đặc tính khác nhau Việc xác định đặc tính của khí thải có ý nghĩa quan trọng tới việc lựa chọn biện pháp công nghệ xử lý dòng thải Nhìn chung, khí thải có những đặc tính sau đây:

- Tính tan trong nước dung dịch kiềm hoặc dung môi hữu cơ: các khí oxit acid như SOx, NOx, CO2… đều có khả năng tan tốt trong nước và các dung dịch kiềm

- Tính cháy: các khí và hơi dung môi hữu cơ đều có khả năng tạo phản ứng cháy với oxi

- Tính oxi hóa: khí thải như hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: CO, NO, NO2,,

SO2… có tính oxi hóa mạnh (tạo phản ứng với oxi và nhiều chất oxi hóa khác)

- Tính khử: nhiều khí thải không bền ở nhiệt độ cao, như: H2S…

Ví dụ về đặc tính của một số loại khí thải:

- Khí SO 2 là một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí SO2 có một số tính chất sau:

+ Là oxitacid Do SO2 là một oxitacidmạnh nên có thể sử dụng các dung dịch có tính kiềm để hấp thụ hoặc hấp phụ SO2

+ Là chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá

+ Có tính tan Có thể sử dụng nước để hấp thụ và loại bỏ SO2 ra khỏi dòng khí thải

- Khí H 2 S là một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí H2S có những tính chất hóa – lý như sau:

+ Là acid yếu Dựa vào đặc tính này, người ta có thể dùng các dung dịch

có tính kiềm để hấp thụ H2S

+ Có thể hoà tan trong nước Ta có thể sử dụng nước để hấp thụ H2S + Có tính khử mạnh Dựa vào tính chất này mà người ta sử dụng các dung dịch có tính khử để hấp thụ H2S Người ta cũng có thể dùng chất rắn để hấp thụ

và loại bỏ H2S ra khỏi dòng thí thải

- Khí NO 2 là một trong các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí Khí NO2 có những tính chất sau

+ Có tính oxi hoá Người ta sử dụng tính chất này của NO2 để khử NO2 về N2 + Là oxitacid Người ta áp dụng tính chất này để hấp thụ NO2 bằng các dung dịch kiềm

- Khí Cl 2 là một trong các tác nhân gây ô nhiễm không khí Cl2 có các đặc điểm như sau:

+ Có tính acid mạnh, Cl2 dễ dàng bị hấp thụ bằng các dung dịch kiềm hoặc nước

+ Là chất oxi hoá Do đó ta có thể khử bằng SO2để tạo ra H2SO4 và HCl

SO2 + Cl2 + 2H2O H2SO4 + 2HCl

- Hơi benzen là một trong các tác nhân gây ô nhiễm không khí Đặc điểm

của benzen như sau:

+ Là chất hữu cơ Do đó có thể sử dụng than hoạt tính để hấp thụ benzen + Có khả năng bị oxi hoá Benzen cháy tạo thành nước và khí carbonic

ii) Đặc tính của bụi:

Bụi là một tập hợp bao gồm phần tử rời rạc ở pha rắn (bụi) và pha khí (aerosol) được sinh ra trong quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Bụi thường được phân loại theo đường kính kích thước của hạt bụi, cụ thể như sau:

Bụi thô, cát bụi (grit): gồm các hạt phân tử rời rạc pha rắn có đường kính hạt δ > 75 μm

Bụi tinh: gồm các hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô, dao động trong khoảng 5 ÷ 75 μm

Khói (smoke): gồm các hạt vật chất được sinh ra trong quá trình đốt cháy vật liệu hoặc quá trình ngưng tụ, có kích thước trong khoảng 1 ÷ 5 μm

Khói mịn (fume): là một dạng của khói nhưng kích thước hạt vật chất rất nhỏ, δ < 1 μm

Sương mù (fog): là những hạt chất lỏng có kích thước δ < 10 μm

Các loại bụi có tính chất cơ hóa lý và ảnh hưởng tương đối khác nhau tùy theo kích thước của chúng Đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ (bụi mịn và tinh), chúng tuân theo sự chuyển động của không khí Đối với bụi thô có kích thước lớn, chúng có thể bị loại bỏ khỏi dòng khí nhờ quá trình lắng dưới tác dụng của lực trọng trường Tuy nhiên, bụi thô cũng có thể bị cuốn đi rất xa do các quá trình chuyển động của khí quyển Ví dụ những trận bão bụi, bão cát xảy

ra ở phía Nam Châu Âu là do gió cuốn bụi thổi từ Bắc phi tới, có thể kể tới những trận mưa bụi ở London vào tháng 7 – 1968, ở Hà Lan vào năm 1986, ở Đức và một số nước vùng duyên hải vào năm 1989… do cát từ sa mạc Saharan gây nên Bụi có kích thước δ < 10 μm được gọi là bụi hô hấp, vì chúng có thể xâm nhập sau vào phổi thông qua quá trình hô hấp và có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của con người

Việc xác định đặc tính của bụi có ý nghĩa quan trọng cho việc đưa ra giải pháp để loại bỏ chúng Nhìn chung, bụi có các tính chất như sau:

- Tính phân tán (tính lắng): Phân tán là trạng thái tồn tại của bụi trong

không khí Độ phân tán của bụi phụ thuộc vào trọng lượng hạt bụi và sức cản của không khí Hạt bụi có kích thước và trọng lượng lớn hơn sức cản của không khí sẽ rơi tự do với gia tốc trọng trường Những hạt bụi có kích thước và trọng lượng nhỏ sẽ tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong không khí hoặc lắng rất chậm Vận tốc rơi của các phần tử giảm từ vùng nóng sang vùng lạnh

- Tích điện: Dưới tác dụng của điện trường mạnh, các hạt bụi sẽ bị tích điện

và bị cực điện trường hút với vận tốc khác nhau, tùy thuộc vào kích thước hạt bụi

- Tính bám dính: các hạt bụi có kích thước và hình dạng khác nhau, nên

chúng dễ dàng bị loại bỏ bởi các vật liệu lọc

- Tính cháy nổ: các hạt bụi nhỏ, mịn có diện tích tiếp xúc với oxi lớn thì

tính hóa học càng mạnh và càng dễ bốc cháy, dễ gây nổ

1.2 Kỹ thuật xử lý khí thải

1.2.1 Nguyên tắc xử lý khí thải

Để kiểm soát hiệu quả nguồn phát thải và loại bỏ các tác nhân gây ô nhiễm không khí trong dòng thải, việc xử lý khí thải cần phải dựa vào các yếu tố sau đây:

- Thành phần của các tác nhân trong dòng thải: để lựa chọn biện pháp

công nghệ xử lý phù hợp và hiệu quả cần phải xác định thành phần tác nhân trong dòng thải Ví dụ: tại các nhà máy nhiệt điện, thành phần của dòng thải bao gồm chủ yếu: bụi, SO2, NOx, CO, CO2 Như vậy, nhiệm vụ là phải lựa chọn công nghệ nhằm loại bỏ bụi và một số khi oxit acid có trong dòng thải do hoạt động sản xuất điện tạo ra

- Lưu lượng của dòng thải và nồng độ các tác nhân ô nhiễm: xác định lưu lượng của dòng thải và nồng độ của các tác nhân là cơ sở đểtrả lời câu hỏi“có cần phải xử lý hay không” và để tính toán thiết kế các công trình xử lý nếu có

- Tính chất hóa – lý: dựa vào tính chất lý học (như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm)

và tính chất hóa học (như tính acid, tính cháy, tính khử…) của dòng thải, người ta lựa chọn các biện pháp công nghệ xử lý cụ thể Ví dụ: đối với bụi, các biện pháp

xử lý: cho bụi thô (buồng lắng, cylone), bụi tinh (lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi tay áo…) và các biện pháp công nghệ xử lý kh thải: hấp thụ, hấp phụ, hoặc đốt…

- Các yếu tố khác như: việc lựa chọn biện pháp xử lý cụ thể, quy mô các

công trình xử lý… còn phải dựa vào tiềm lực về công nghệ, tài chính (vốn đầu

tư và vận hành), nhân lực, điều kiện khí hậu, địa hình…

Ngoài ra, xử lý khí thải cũng cần phải tuân thủ theo nguyên tắc về trình tự xử

lý như sau: xử lý bụi thô, bụi tinh trước và sau cùng là xử lý khí và hơi dung môi 1.2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý khí thải

1.2.2.1 Tổng quan các biện pháp công nghệ xử lý khí thải

Tổng hợp các biện pháp công nghệ xử lý khí thải được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ các biện pháp xử lý khí thải

Tháp rửa rỗng

lý bụi

Công nghệ xử

lý khí

Tách bụi khô

Tách bụi dựa vào trọng lực

Tách bụi dựa vào lực quán tính

Tách bụi dựa vào lực tĩnh điện

Lọc bụi

Thiết bị lọc bụi ướt kiểu Ventury

Oxi hóa

Tách bụi ướt

Hấp thụ

Hấp phụ

a) Phương pháp tách bụi

* Phương pháp tách bụi khô

Các phương pháp tách bụi khô là các phương pháp thu bụi dựa vào tính chất vật lý của bụi và không sử dụng chất lỏng trong quá trình thu bụi Các phương pháp này bao gồm:

- Phương pháp thu bụi dựa vào trọng lực: Đây là kỹ thuật thu bụi đơn

giản nhất nhưng hiệu quả thu bụi thấp nhất Nguyên lý hoạt động là làm giảm vận tốc của dòng khí bụi để hạt bụi có đủ thời gian rơi xuống đáy của thiết bị thu bụi Thiết bị tách bụi phổ biến dựa vào nguyên lý này là buồng lắng

Buồng lắng là không gian hình hộp mà có tiết diện lớn hơn nhiều lần đường ống dẫn khí ra và vào buồng lắng Khi đó vận tốc của khí sẽ giảm xuống rất nhỏ khi đi trong buồng lắng Nhờ thế mà hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống đáy của buồng lắng (hình 1.2)

Hình 1.2 Buồng lắng bụi

- Phương pháp tách bụi bằng vật liệu lọc: Nguyên lý hoạt động là cho

dòng khí bụi đi qua lớp vật liệu lọc Lớp vật liệu lọc thường là một môi trường xốp cho phép không khí đi qua nhưng giữ lại bụi trên và trong lớp vật liệu lọc

Có hai kiểu lọc bụi thường dùng: là lọc bụi kiểu tấm (hình 1.3) và lọc bụi kiểu ống tay áo hay còn gọi là lọc bụi kiểu túi (hình 1.4)

Hình 1.4 Lọc bụi kiểu túi (lọc bụi tay áo)

a) Khí bẩn đi từ trong ra; b) Khí bẩn đi từ ngoài vào

- Phương pháp lọc bụi dựa vào lực ly tâm: Thiết bị dùng lực ly tâm để

tách bụi phổ biến nhất là cyclone

Cấu tạo cyclone: hình 1.5

Nguyên lý hoạt động: cho dòng khí tốc độ cao đi vào không gian hình trụ theo hướng tiếp tuyến Lực ly tâm làm cho hạt bụi chuyển động va chạm vào thành và rơi xuống đáy, còn khí thoát ra cửa trên của thiết bị

Hình 1.5 Thiết bị tách bụi khô cyclone

Lớp vật liệu lọc Khí sạch ra

Khí bụi

vào

Bụi

Lớp vật liệu lọc Khí bụi vào

Khí sạch ra

Bụi

Giá đỡ Giá đỡ

- Phương pháp thu bụi dựa vào lực tĩnh điện: Cấu tạo thiết bị: hình 1.6

Phương pháp này dựa vào nguyên tắc là ion hoá các hạt bụi trong dòng khí bụi, mỗi hạt bụi hạt bụi sẽ được tích với một điện lượng nhất định Sau đó, dẫn dòng khí bụi qua trường điện từ mạnh Các hạt bụi do bị tích điện nên bị giữ lại, dòng khí sạch sẽ được dẫn ra ngoài

(1) Tấm kim loại (cực dương) (2) Dây điện (cực âm) Hình 1.6 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP)

- Phương pháp thu bụi bằng lực quán tính: Cấu tạo thiết bị: hình 1.7

Hình 1.7 Thiết bị lọc bụi dựa vào lực quán tính

Đây là phương pháp thu bụi hiệu quả hơn thiết bị thu bụi chỉ dựa vào lực quán tính, thiết bị thu bụi này thường dùng để lọc tro lò hơi Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là thay đổi hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều vật cản Khi dòng khí thay đổi hướng chuyển động

2

1

3

thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và

va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng rồi rơi xuống đáy

thiết bị

* Phương pháp tách bụi ướt

Thiết bị tách bụi ướt dựa vào nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với giọt chất lỏng, bụi trong dòng khí bị các giọt lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng bùn cặn Phương pháp tách bụi kiểu này có thể là phương pháp lọc bụi đơn giản nhưng hiệu quả Chất lỏng được dùng trong thiết bị tách bụi ướt thường là nước Thiết bị tách bụi ướt không chỉ tách được bụi mà còn hấp thụ được cả khí và hơi độc có trong khói thải.Yêu cầu của thiết bị tách bụi ướt phải tạo được bề mặt riêng của chất lỏng lớn để bụi dễ bị bắt vào, thiết bị cũng cần phải có trở lực thấp, lượng chất lỏng cung cấp ít Thiết bị tách bụi kiểu ướt thường sử dụng là tháp rửa rỗng, thiết bị tách bụi ướt kiểu Ventury

- Tháp rửa rỗng (buồng phun):

Nguyên lý làm việc của tháp rửa rỗng là chất lỏng phun từ trên xuống dưới dạng các giọt nhỏ, khí thải chứa bụi từ dưới đi lên các hạt bụi bị các hạt chất lỏng bắt rơi xuống đáy thiết bị và được dẫn ra ngoài, còn khí sạch được thoát ra ở cửa trên (hình 1.8)

Hình 1.8 Tháp rửa rỗng (hay buồng phun)

- Thiết bị tách bụi ướt kiểu Ventury:

Cấu tạo thiết bị: Gồm một ống Ventury Tại chỗ thắt có một dãy các vòi phun nước ống Ventury được nối với thiết bị tách giọt (hình 1.9)

Hình 1.9 Thiết bị Ventury

Nguyên tắc hoạt động: Dòng khí chuyển động từ trên xuống, vuông góc với dòng nước Tại chỗ thắt tốc độ của nó tăng lên đột ngột, đạt đến 50 – 180 m/s Cũng tại chỗ thắt có một dãy các lỗ phun nước để phun nước vào Nước được phun vào khi gặp dòng khí tốc độ cao, sẽ bị dòng khí xé thành từng giọt mịn Bụi trong dòng khí bị các giọt nước bắt Khi qua khỏi chỗ thắt tốc độ dòng khí giảm dần Các giọtnước sẽ kết hợp với nhau thành giọt có kích thước to hơn Dòng khí chứa giọt nước được nối với thiết bị tách giọt Khí sạch thoát ra ngoài Các giọt nước được tách ra tạo thành bùn và được đưa đi xử lý

b) Phương pháp xử lý khi và hơi độc

Hiện nay, các biện pháp xử lý hơi và khí độc phổ biến bao gồm: hấp thụ, hấp phụ và oxi hóa

- Hấp thụ:

Hấp thụ là quá trình hoà tan chất khí vào chất lỏng Xử lý hơi và khí độc bằng phương pháp hấp thụ là sử dụng dung dịch hoặc hỗn hợp lỏng để hấp thụ các khí độc còn không khí sạch được dẫn ra ngoài.Các thiết bị hấp thụ thường được dùng là tháp đệm, tháp đĩa

Vòi phun nước vào

Khí chứa bụi vào

Khí sạch và giọt nước chứa bụi

* Tháp đệm hình trụ:

Cấu tạo của đệm: tháp được đổ đầy đệm (hình 1.11) Các dạng đệm bao gồm: đệm vòng (d =1-100mm); đệm cầu (d = 20 -100mm); đệm yên ngựa, đệm xoắn; đệm lưới (Hình 1.10)

Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy từ trên xuống phân bố đều bề mặt đệm Khí thải từ dưới đi lên, phân tán trong lỏng Các khí độc hại bị chất lỏng hấp thụ còn khí sạch thoát ra ngoài theo ống thoát trên

b)

Dòng khí ra

Dòng thải lỏng Dòng lỏng vào

Dòng khí vào

* Tháp đĩa:

Cấu tạo: Tháp hình trụ bên trong có chứa nhiều đĩa Trên đĩa có các lỗ hoặc rãnh Tiết diện lỗ chiếm 8 – 15% theo tiết diện đĩa Đường kính lỗ từ 3 - 8mm (hình 1.12)

Hình 1.12 Tháp đĩa có ống chảy chuyền

Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền Khí thải đi từ dưới lên qua các lỗ gặp chất lỏng trên bề mặt đĩa, khi đó xảy ra quá trình hấp thụ khí vào lỏng Khí thải bị hấp thụ vào trong lỏng, khí sạch được thoát ra ngoài theo cửa thoát khí trên

- Hấp phụ

Hấp phụ là quá trình giữ hơi hoặc khí độc trên bề mặt chất rắn Xử lý khí bằng hấp phụ là cho dòng khí thải đi qua chất hấp phụ, hơi hoặc khí độc bị giữ trên bề mặt chất hấp phụ còn không khí sạch thoát ra ngoài

Cấu tạo: Thiết bị gồm phần hình trụ đứng (D=2-3m, H=2,2m và lớp vật liệu hấp phụ 0,5 - 2m) (hình 1.13) Lớp vật liệu hấp phụ đặt trên một giá đỡ bằng gang Trên và dưới lớp vật liệu hấp phụ cần phủ một lớp lưới để cố định lớp vật liệu và phân phối đều khí

Nguyên lý làm việc: Khí đi từ dưới lên, nhờ lưới phân phối mà khí được tiếp xúc đều trước khi vào lớp vật liệu hấp phụ Khí qua lớp vật liệu hấp phụ, ở đây xảy ra quá trình hấp phụ Kết quả là khí thải được hấp phụ, khí sạch được đưa ra ngoài

Dòng khí vào

Dòng khí ra Dòng lỏng vào

Dòng lỏng ra

Hình 1.13 Thiết bị hấp phụ kiểu đứng

- Xử lý khí thải bằng phương pháp oxi hoá: Là quá trình oxi hoá chất khí thải

thành dạng không độc hoặc dạng ít độc hơn

Có hai loại oxi hoá thường dùng là oxi hoá bằng cách đốt và oxi hoá bằng

vi sinh: oxi hoá bằng cách đốt là biện pháp đốt trực tiếp khí thải ở nhiệt độ cao và

có oxi, sản phẩm của quá trình đốt cháy này chủ yếu là CO2 và H2O; oxi hoá bằng vi sinh là biện pháp cho hỗn hợp khí thải đi qua lớp vi sinh, tại đây vi sinh

vật oxi hóa khí độc để chuyển hoá thành sinh khối và tạo ra CO2, H2O

1.2.2.2 Phạm vi sử dụng của các thiết bị xử lý khí thải

Để chọn được các thiết bị xử lý khí phù hợp ta phải dựa vào đặc tính làm việc của từng thiết bị

* Đối với các thiết bị tách bụi, cần có những lưu ý sau:

- Buồng lắng bụi: Cần sử dụng cho trường hợp bụi thô, thành phần cỡ hạt

trên 50m là chiếm chủ yếu Thiết bị này được sử dụng như cấp lọc thô trước các loại thiết bị tách bụi tinh đắt tiền khác

- Cyclone: thường được sử dụng trong các trường hợp sau:

- Bụi thô;

- Nồng độ bụi ban đầu cao > 20g/m3;

- Không đòi hỏi hiệu quả lọc cao Khi cần đạt hiệu quả lọc cao hơn ta nên

lượng là ổn định Trong trường hợp lưu lượng khí thải thấp hơn khoảng lưu lượng làm việc của Cyclone đó thì hiệu quả lọc bụi của thiết bị thấp

- Thiết bị lọc bụi ướt - scuber được sử dụng khi:

- Cần lọc sạch bụi mịn với hiệu quả lọc tương đối cao;

- Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc trong phạm vi có thể, nhất là các loại khí hơi có khả năng cháy được có mặt trong khí thải Vì trong quá trình xử

lý bụi bằng thiết bị lọc bụi ướt có thể hấp thụ một lượng khí nhất định;

- Kết hợp làm nguội khí thải;

- Độ ẩm cao trong khí thải khi đi qua thiết bị lọc không ảnh hưởng tới các công trình có liên quan

- Thiết bị lọc bụi túi vải hoặc các loại lọc bụi tương tự sử dụng trong các

trường hợp sau đây:

- Cần đạt hiệu quả lọc cao hoặc rất cao;

- Cần thu hồi bụi ở trạng thái khô;

- Lưu lượng khí thải cần lọc không quá lớn;

- Nhiệt độ khí thải tương đối thấp nhưng phải cao hơn điểm sương Nhiệt

độ khí thải phải tương đối thấp để không phá hỏng thiết bị lọc, nhưng không được thấp hơn điểm sương vì các hạt sương làm tắc thiết bị lọc

- Thiết bị lọc bụi tĩnh điện được sử dụng trong các trường hợp sau:

- Cần lọc bụi tinh với hiệu quả lọc bụi rất cao;

- Lưu lượng khí thải cần lọc rất lớn Vì với lưu lượng khí thải cần lọc lớn thì thiết bị lọc bụi mới kinh tế;

- Cần thu hồi lượng bụi có giá trị sử dụng

* Đối với khí và hơi độc hại, cần có những lưu ý sau:

- Thiết bị xử lý khí bằng phương pháp hấp thụsử dụng trong các trường

hợp sau:

- Yêu cầu cần xử lý khí thải ở mức độ khác nhau;

- Muốn hoàn nguyên khí thải;

- Xử lý khí thải ở nhiệt độ thấp;

- Kết hợp xử lý khí và xử lý bụi;

- Xử lý khí thải có khả năng hoà tan tốt

- Thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụđược sử dụng trong

các trường hợp sau:

- Nồng độ khí thải cần xử lý thấp lưu lượng lớn;

- Muốn hoàn nguyên khí thải;

- Thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp ôxi hoá sử dụng trong các

trường hợp sau:

Ôxy hoá bằng phương pháp đốt:

Khí thải có khả năng đốt được và có nồng độ khí thải lớn khi thải thẳng vào không khí và quá nhỏ để thu hồi

Trong một số điều kiện khí thải có khả năng đốt nhưng do nhiều lý do mà không thu hồi được (khí đồng hành từ giàn khoan cách xa bờ mà không thể dẫn vào bờ)

Ôxy hoá bằng phương pháp sinh học:

Dùng để xử lý khí có mùi hôi có nồng độ thấp (<1000ppm);

Dùng xử lý hợp chất hữu cơ bay hơi

1.2.3 Mô hình xử lý khí thải

1.2.3.1 Nguyên tắc xây dựng mô hình công nghệ xử lý khí thải

Để xử lý khí thải hiệu quả, việc xây dựng được một mô hình công nghệ cần được thực hiện theo một nguyên tắc nhất định (hình 1.14)

Xử lý khí thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của một doanh nghiệp A là

cả một quá trình bao gồm nhiều bước như điều tra khảo sát, phân tích đánh giá chất lượng dòng thải, xây dựng mô hình công nghệ xử lý, hạch toán kinh tế…

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên tắc xây dựng mô hình xử lý khí thải

Các bước cụ thể để xây dựng một mô hình công nghệ xử lý khí thải hiệu quả bao gồm:

Điều kiện

kỹ thuật công nghệ

Điều kiện kinh

tế

Điều kiện pháp

lý

Mô hình công nghệ xử lý khí thải phù hợp

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải

+ Đặc điểm hoá, lý của bụi?

+ Nhiệt độ khí thải? + Nồng độ bụi trong mẫu khí?

Điều kiện kinh tế - xã

hội khí hậu và địa

hình của địa phương

+ Sản xuất như thế nào?

+ Khí thải sinh ra ở công đoạn nào?

1 Điều tra khảo sát hoạt động sản xuất: điều tra sản xuất cái gì, sản xuất như thế nào; khí thải sinh ra ở đâu mục đích để phân tích quá trình sản xuất… Dựa trên phân tích quá trình sản xuất, người lập mô hình tính toán được lưu lượng thải là bao nhiêu, đặc điểm của khí thải (nhiệt độ, đặc tính của khí thải, nồng độ ban đầu như thế nào), từ đó có số liệu để xây dựng mô hình xử lý phù hợp Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta không cần điều tra quá trình sản xuất ta cũng có được lưu lượng thải, đặc điểm của khí thải

2 Khảo sát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của địa phương và điểm nhận phát thải đểcung cấp thông tin cho người lập mô hình, nhằm đưa ra được một hệ thống xử lý phù hợp Ví dụ: điều tra về điều kiện thời tiết, không gian, vị trí đặt hệ thống xử lý sẽ cung cấp cho người lập mô hình lựa chọn hệ thống xử

lý hợp lýnhất (cồng kềnh hay gọn nhẹ)

3 Người xây dựng mô hình cũng cần tìm hiểu những tài liệu về pháp lý

để biết được mức độ cần phải đạt được sau khi xử lý

4 Người xây dựng mô hình cũng cần phải biết khả năng tài chính dành cho hệ thống xử lý là bao nhiêu, từ đó, lựa chọn các thiết bị xử lý hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường

5 Các công nghệ có thể cung cấp được cho hệ thống là điều kiện cần cho xây dựng một hệ thống Biết được điều kiện công nghệ có thể đáp ứng được là một nhân tố quan trọng để xây dựng hệ thống có tính khả thi

6 Người lập mô hình cũng cần biết những mô hình thường dùng, ưu - nhược điểm của chúng để có thể áp dụng xử lý khí thải với điều kiện tương tự, nhằm giảm chi phí thiết kế

Khi xây dựng mô hình cũng như khi thiết kế các công trình xử lý khí thải, thông tin thu thập được càng nhiều thì việc thực hiện càng dễ dàng

1.2.3.2 Mô hình xử lý khí thải tổng quát

Khí thải thường chứa bụi và khí/hơi độc hại, mục đích của quá trình xử

lý khí thải là tách chúng ra khỏi không khí sạch hoặc chuyển chúng thành chất ít ô nhiễm hơn Xây dựng mô hình xử lý khí thải là lập ra một quy trình công nghệ để tách và loại bỏcác tác nhân độc hại trong dòng thải, mô hình tổng quát xử lý khí thải được nêu ở hình 1.15

Hình 1.15 Mô hình xử lý khí thải tổng quát

Ống khói

Xử lý khí

Xử lý bụi thô

Xử lý bụi tinh

Chụp

thu bụi

Để quá trình xử lý khí thải dễ dàng và đạt hiệu quả cao,quy trình xử lý

nên tuân theo nguyên tắc “đi từ xử lý bụi thô đến xử lý bụi tinh, sau đó là xử lý khí” Đây có thể là nguyên tắc căn bản trong xử lý ô nhiễm không khí, vì:

- Nếu dòng thải có chứa một hàm lượng bụi lớn mà chỉ áp dụng các thiết

bị xử lý bụi tinh,hệ thống đó hoạt động không hiệu quả và có thể gây hỏng các thiết bị lọc bụi tinh

- Nếu tiến hành xử lý khí trước, xử lý bụi sau thì hiệu quả xử lý thấp và gây

tốn kém Ví dụ: nếu sử dụng chất lỏng để hấp thụ chất ô nhiễm dạng khí thì sẽ

cần một lượng chất lỏng nhiều hơn và hiệu quả hấp thụ sẽ thấp do tháp dễ bị tắc

bởi dòng thải lỏng có chứa bụi; nếu xử lý khí bằng hấp phụ thì bụi sẽ làm tắc các mao quản để hấp phụ khí, kết quả là khả năng hấp phụ của chất hấp phụ kém

Tuy nhiên,mô hình xử lý khí thải được xây dựng còn tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể của dòng thải, sao cho đảm bảo có lợi về mặt kinh tế và kỹ thuật Sau đây là một số mô hình xử lý khí thải cụ thể:

 Dòng khí thải chỉ chứa bụi mà chứa ít hoặc không chứa chất khí ô nhiễm (hình 1.16):

Hình 1.16 Mô hình xử lý khí thải chứa bụi

 Dòng thải chỉ chứa một lượng nhỏ bụi tinh (hình 1.17):

Hình 1.17 Mô hình xử lý khí thải chứa một lượng nhỏ bụi tinh

 Dòng khí thải chỉ chứa chất khí ô nhiễm (hình 1.18):

Hình 1.18 Mô hình xử lý dòng thải chứa khí độc hại

Xử lý bụi tinh

Chụp thu bụi

ống khói

Xử lý bụi tinh

Xử lý bụi thô

thu bụi

 Dòng khí thải có chứa bụi và chất khí độc hại (hình 1.19):

Hình 1.19 MHXL dòng thải chứa bụi và khí độc hại

1.2.3.3 Mô hình xử lý khí thải các nguồn gây ô nhiễm khác nhau

a) Hoạt động đốt nhiên liệu

- Khí ô nhiễm gồm: CO2, CO, SO2, NOx, bụi, hiđro-cacbon (có lẫn các tạp chất HCl, HF, furan, dioxin, nếu chất đốt là phế thải)

Từ đặc điểm dòng thải từ hoạt động đốt nhiên liệu, mô hình tổng quát xử

lý khí thải đã được xây dựng và được mô phỏng ở hình 1.20

Hình 1.20 Mô hình xử lý khí thải đốt nhiên liệu 1

Khí thải từ lò đốt được đưa qua thiết bị xử lý bụi thô và sau đó qua thiết bị

xử lý bụi tinh để tách hết bụi trong khí thải Sau khi tách được hết bụi trong khí thải, dòng khí được dẫn qua thiết bị xử lý khí SO2, NOx.Tiếp đó, khí được dẫn qua thiết bị hấp phụ để xử lý các chất hữu cơ trong khí thải như furan, đioxin…

Tuy nhiên, trong xử lý khí thải đốt nhiên liệu thực tế người ta thường gộp các quá trình xử lý các chất khí thải với nhau để giảm kinh phí đầu tư cũng như vận hành Điều này được thể hiện ở hình 1.21 và 1.22

Hình 1.21 Mô hình xử lý khí thải đốt nhiện liệu 2

ống khói

Xử lý khí và hơi độc

Xử lý bụi thô

Xử lý bụi tinh

Xử lý

bụi tinh

cơ như furan, dioxin, hidrocacbon

Khí thải

ra ống khói

Cyclone ESP

Hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2

Hấp phụ bằng than hoạt tính Khí thải

từ lò đốt

Trao đổi

nhiệt

Khí thải ra ống khói

Nước thải Bụi

Sơ đồ mô tả ở hình 1.21 cho thấy, khí thải từ buồng đốt được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt trong khí thải và nhằm tăng hiệu quả làm việc của thiết bị hấp thụ phía sau Tiếp đó, khí thải được đi qua thiết bị lọc bụi bằng Cyclone để lọc bụi thô và thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP) để lọc triệt để bụi trong khí thải Khí thải, sau khi lọc hết bụi, được đưa qua thiết bị hấp thụ SO2,

NOx bằng dung dịch Ca(OH)2 và qua thiết bị hấp thụ để loại bỏ khí và hơi độc hại Khí được đi qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt trước khi phát thải qua ống khói hoặc có thể thải trực tiếp qua ống khói

Từ hình 1.22 có thể thấy, khí thải từ lò qua thiết bị trao đổi nhiệt, đến thiết

bị xử lý bụi ướt (tháp rửa rỗng) Sau đó, dòng khí thải được dẫn qua thiết bị hấp thụ SO2, NOx, HCl, HF bằng Ca(OH)2 Dòng khí tiếp tục được dẫn qua thiết bị hấp thụ bằng than hoạt tính để hấp thụ hết các khí thải hữu cơ như furan, dioxin, hiđrocacbon Khí thải được dẫn qua bộ trao đổi nhiệt trước khi ra ống khói

 Mô hình xử lý khí thải đốt nhiên liệu tại một số nhà máy ở Việt Nam

* Mô hình xử lý khí thải do đốt nhiên liệu của các nhà máy Dệt Gia Định (Tp Hồ Chí Minh), NM giấy Thanh Bình (Tp Hồ Chí Minh) như (hình 1.23)

Hình 1.23 Mô hình xử lý khí thải do đốt nhiên liệu tại Tp Hồ Chí Minh

Xử lý bụi ướt (tháp rửa rỗng)

Hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH) 2

Hấp phụ bằng than hoạt tính Khí thải

từ lò đốt

Trao đổi nhiệt

Nước Khí thải

Nước thải

Nướ c thải

Khí sạch

Nước

Tháp hấp thụ hơi và khí độc Lọc bụi

kiểu ướt

Sơ đồ nêu ở hình 1.23 cho thấy, hệ thống xử lý đơn giản, đầu tư ban đầu nhỏ

và đạt hiệu quả tương đối cao Tuy nhiên, do dung dịch hấp thụ là nước nên không hấp thụ được triệt để khí SO2, NOx, furan, dioxin, hiđrocacbon.Hiệu xuất tách bụi đạt khoảng 80%, hiệu xuất tách khí SO2, và NOx còn thấp, đạt khoảng 50% Ngoài ra, hệ thống xử lý còn phát sinh chất thải thứ cấp, nước thải

* Mô hình xử lýthải đốt nhiên liệu của hãng Hitachi

Hình 1.24 Mô hình xử lý khí thải tại nhà máy Hitachi

Hình 1.24 cho thấy,hệ thống xử lý là hiệu quả đối với bụi và khí oxit acid Tuy nhiên, hệ thống chưa công đoạn xử lý hơi và khí độc hại

b) Công nghiệp mỏ và luyện kim

Thành phần khí thải trong công nghiệp luyện kim gồm: bụi, CO, SO2, HF,

H2, CH4…Tùy thuộc vào đặc điểm của từng hoạt động sản xuất, dòng thải có chứa bụi và các loại khí khác nhau và do đó, hệ thống xử lý cũng khác nhau Ví dụ: Ngành sản xuất gang thì có chứa nhiều CO, SO2, bụi…trong khi đó, ngành sản xuất nhôm thường chứa nhiều bụi, HF và một lượng nhỏ SO2, H2S… Nhìn chung, các hệ thống khí thải trong công nghiệp mỏ và luyện kim được mô tả ở hình 1.25

Hình 1.25 Mô hình xử lý khí thải công nghiệp luyện kim

Lò

đốt ESP

Trao đổi nhiệt

Trao đổi nhiệt

Tháp hấp thụ

SO2

Dung dịch Ca(OH)2

Nước thải

ống khói

Thu hồi nhiệt

Xử lý bụi

* Mô hình xử lý khí HF và SO2 trong ngành luyện nhôm (hình 1.26):

Hình 1.26 Mô hình xử lý khí HF và SO2

c) Công nghiệp xi măng và vật liệu xây dựng

Trong công nghiệp sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng thành phần chủ yếu trong dòng thải là bụi Bụi thu hồi được có thể tái sử dụng trong quá trình sản xuất Ngoài ra còn có một số chất khí độc khác như SO2, CO, NOx Mô hình tổng quát được nêu ở hình 1.27

Hình 1.27 Mô hình xử lý khí thải nhà máy xi-măng và vật liệu xây dựng

d) Công nghiệp sơn, mạ

Khí thải ngành công nghiệp mạ chủ yếu gồm hơi dung môi hữu cơ, hơi axit HCl, NH3, và hàm lượng bụi nhỏ Do vậy, hệ thốngchủ yếu tập trung xử lý khí và hơi độc hại (hình 1.28) Tùy vào hàm lượng ít nhiều mà hệ thống xử lý có bao gồm công đoạn xử lý bụi hay không

Hình 1.28 Mô hình xử lý khí thải công nghệ sơn mạ

Al 2 O 3 sạch

AlF 3 , là xúc tác cho quá trình điện phân nhôm

HF

Túi lọc bụi

Tháp hấp thụ

SO 2

Xử lý bụi tinh

Xử

lý khí

Hấp thụ khí

Hấp phụ khí

e) Chế biến và sản xuất đồ gỗ

Khí thải của công nghiệp chế biến gỗ chứa chủ yếu là bụi và hơi dung môi Bụi thu được có thể tái sử dụng vào sản xuất, vì vậy ưu tiên sử dụng các biện pháp xử lý bụi khô để thu hồi bụi.Ngoài ra, trong các phân xưởng chế biến gỗ thường có hơi dung môi hữu cơ (như formaldehyde, acetylen, toluene…), do đó, việc làm thoáng phân xưởng bằng hệ thống quạt thông gió và cây xanh là rất cần thiết Hệ thống xử lý bụi gỗ được nêu ở hình 1.29

Hình 1.29 Mô hình xử lý bụi gỗ

f) Sản xuất thuốc lá

Khí thải công nghiệp sản xuất thuốc lá chủ yếu là bụi và mùi thuốc lá Mô hình xử lý khí thải tại nhà máy sản xuất thuốc là được khái quát ở hình 1.30

Hình 1.30 Mô hình xử lý khí thải tại nhà máy sản xuất thuốc lá

g) Công nghiệp dệt may

Khí thải ngành công nghiệp may mặc chủ yếu là chứa bụi bông có kích thước nhỏ, do đó,biện pháp xử lý bụi hiệu quả được sử dụng là lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi tay áo (hình 1.31)

Hình 1.31 Mô hình xử lý bụi tại các xưởng dệt may

1.2.4 Thiết kế công trình xử lý khí thải

1.2.4.1 Nguyên tắc cơ bản trong thiết kế công trình xử lý khí thải

Để xử lý khí thải hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường, các thiết bị xử lý

ống khói

Xử lý bụi gỗ thô

Quạt

Chụp thu khí ô nhiễm

Xử lý bụi tinh

Xử lý bụi

Xử lý

ống khói

Chụp thu khí ô nhiễm

ống khói

Thiết bị

xử lý bụi tinh

Quạt

Chụp thu khí ô nhiễm

được thiết kế dựa vào các đặc tính hóa – lý của dòng thải và căn cứ vào quy trình sản xuất, định mức sử dụng nguyên – nhiên vật liệu hoặc sử dụng thiết bị đo lưu lượng để xác định lưu lượng của dòng thải, đây là cơ sở quan trọng để tính toán thiết kế các công trình xử lý.Ngoài ra, tính toán thiết kế thiết bị xử lý còn dựa vào tiêu chuẩn, các kết quả thực nghiệm đã được công nhận, sự khuếch tán của chất ô nhiễm trong khí quyển, định hướng phát triển và mở rộng hoạt động sản xuất của doanh nghiệp, tiềm năng kinh tế và nguồn nhân lực của doanh nghiệp…

Các thiết bị xử lý khí thải phải đảm bảo hiệu quả về mặt kỹ thuật (hiệu quả xử lý cao, dễ vận hành và bảo dưỡng), kinh tế (chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng là rẻ nhất) và thẩm mỹ (tạo vẻ đẹp cảnh quan)

1.2.4.2 Thu thập số liệu, tính toán và thiết kế

a) Các thông số cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải

1 Độ nhớt động học của không khí:

Độ nhớt của một chất lưu là một đại lượng vật lý đặc trưng do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau Độ nhớt động học của khí là thông số đại diện cho độ ma sát của các phân tử khí và có độ lớn phụ thuộc vào nhiệt độ, ký hiệu: μ vàđơn vị là: Pa.s hoặc N/m2.s

Độ nhớt động học của không khí ở toC được tính theo định luật Sutherland (William Sutherland, 1893):

5 1 6

)273

273.(

387

387.10.17,

2 Khối lượng riêng:

Khối lượng riêng (khối lượng đơn vị) là khối lượng trên một thể tích nhất định của một chất nào đó, ký hiệu là ρ, đơn vị là: kg/m3

Khối lượng riêng của không khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ và được xác định bằng công thức sau:

Đường kính của hạt bụi kí hiệu là δ và được xác định bằng đường kính của

hình cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi

Bài tập 1: Tính toán độ nhớt và khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ

40oC và áp suất 760 mmHg

b) Tính toán thiết kế thiết bị xử lý khí thải

1 Buồng lắng

* Cấu tạo của thiết bị được mô tả ở hình 1.32

Hình 1.32 Sơ đồ cấu tạo buồng

a) Mặt cắt dọc; b) Sơ đồ không gian

* Nguyên lý hoạt động: Cho luồng khí chứa bụi đi qua buồng lắng có

chiều dài L (m), chiều cao H (m) và chiều rộng W (m) Vận tốc chuyển động ngang (u) của dòng khí bụi giảm xuống đột ngột khi vào trong khoang lắng, nhờ

đó hạt bụi có đủ thời gian để lắng xuống đáy của thiết bị với vận tốc giới hạn (vgh)

* Tính toán thiết kế buồng lắng để có thể loại bỏ hoàn toàn bụi có đường

kính hạt là δ (μm)

- Diện tích buồng lắng được xác định bằng công thức sau:

2

.)

(

18

b 

Trong đó: Q: lưu lượng khí thải cần xử lý, m3/s

F: thiết diện buồng lắng, m2δ: đường kính hạt bụi, μm

ρb: khối lượng riêng của bụi, kg/m3

ρ: khối lượng riêng của chất lưu (không khí), kg/m3μ: Độ nhớt động lực của không khí, Pa.s

g: gia tốc trọng trường, m/s2Tuy nhiên, do ρb>>> ρ nên công thức (1.3) được viết lại như sau:

2

.

18

b

Mặt khác, ta có: F = W.L (1.5)

Trong đó: W: chiều rộng làm việc của buồng lắng, m

L: chiều dài làm việc của buồng lắng, m

Từ (1.4) và (1.5) ta có:

W.L =

2

18







g Q

b

(1.6)

- Xác định vận tốc chuyển động ngang của hạt bụi: Giả sử hạt bụi chuyển động ngang cùng với vận tốc của dòng khí thải, khi đó ta có vận tốc chuyển động ngang của hạt bụi được tính bằng công thức sau đây:

H: chiều cao làm việc của buồng lắng, m Vận tốc chuyển động ngang của bụi (u) có thể chọn tùy thuộc vào tính chất của bụi cần lọc, tham khảo bảng 1.2

Bảng 1.2 Vận tốc ngang tối đa cho phép trong buồn lắng của dòng khí thải

STT Vật liệu bụi ρb (kg/m3) (µm) Umax (m/s)

Nguồn: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 2, GS TS Trần Ngọc Chấn

Như vậy, từ các công thức trên, ta có thể tính toán được các kích thước và thể tích làm việc của buồng lắng

- Xác định hiệu suất làm việc của buồng lắng (η): hiệu suất tách bụi của buồng lắng đối với hạt bụi có đường kính δ1 được xác định bằng công thức sau:

% 100

Ta có, vận tốc giới hạn (vgh) của hạt bụi được xác định bằng công thức sau:

% 100

18

).

u Q

Giải:

- Diện tích buồng lắng:

) 10 50 ( 981 1000 3600

5000 10 72 , 25 18

.

18

2 6 6

m2 Chọn: L = 10 m  W = 2,62 m, chọn W = 3 m

Chọn vận tốc chuyển động ngang của bụi u = 0,3 m/s, khi đó chiều cao của buồng lắng là:

Chọn H = 1,5 m

Như vậy, thể tích của buồng lắng là L.H.W = 10 m x 1,5 m x 3m = 45 m3

Bài tập 2: Xác định kích thước buồng lắng bụi để thu hồi hoàn toàn bụi có

kích thước hạt ≥ 60 μm trong khí thải của lò nung clinke Cho biết dòng thải có lưu lượng là 6000 m3/h, ở 1000C và khối lượng đơn vị của bụi là 1000 kg/m3 Xác định hiệu suất tách bụi của buồng lắng đối với bụi có đường kính hạt là 20 μm

2 Cyclone

*Cấu tạo thiết bị được mô tả ở hình 1.33 Thiết bị gồm: 1 ống dẫn khí

thải vào (1) theo phương tiếp tuyến với thành củathiết bị Ống dẫn khí có cấu tạo hình chữ nhật, có chiều rộng Wi và chiều cao H; thân hình trụ (2) có đường kính Do và chiều dài của thân là H1; phễu hứng bụi (3) nằm ở phía dưới thân thiết bị có chiều cao H2; ống xả (4) nằm bên dưới phễu hứng bụi, có đường kính Dd Ngoài ra, ở giữa thiết bị có ống xả bụi (5) có đường kính Dc và chiều dài S Thiết bị còn bao gồm hệ thống van xả bụi an toàn (6)

Các kích thước chi tiết của cyclone thường có tỉ lệ với đường kính thân hình trụ D0 Tuy nhiên, các cyclone khác nhau thì các tỉ lệ là khác nhau (hình 1.33 và 1.34)