Giao Trinh Ky thuat xu ly khi thai

Bài giảng: Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải

- 1 -

MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................................. 1

Chƣơng 1: Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ..................................................................................... 3

1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH ...................................................................................... 3

1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên ............................................................................................ 3

1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo ............................................................................................ 4

1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ ........ 6

1.2.1 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con ngƣời ....................................... 6

1.2.2 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến động vật ......................................................... 7

1.2.3 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến thực vật .......................................................... 7

1.2.4 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu ........................................................... 8

1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí .......................................................... 9

1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ ............................. 13

Chƣơng 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI ............................................................................... 19

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI .................................................. 19

2.1.1 Khái niệm ................................................................................................................. 19

2.1.2 Phân loại .................................................................................................................. 20

2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi: ................................................................................... 20

2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói: ............................................................................ 21

2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH ............................... 25

2.2.1 Buồng lắng. .............................................................................................................. 25

2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính. ........................................................................................ 29

2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM ................................................................................ 30

2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang ................................................................... 30

2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng. ............................................................................ 33

2.4 LƢỚI LỌC BỤI ....................................................................................................... 36

2.4.1 Giới thiệu chung. ..................................................................................................... 36

2.4.2 Các dạng khác nhau của lƣới lọc bụi: ...................................................................... 37

2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN ......................................................................... 40

2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc ........................................................................ 40

2.5.2 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi .................................................... 42

2.5.3 Phân loại: ................................................................................................................. 43

2.5.4 Phƣơng trình của thiết bị lọc bụi bằng điện: ............................................................ 43

2.5.5 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi bằng điện: .......................................... 45

2.6 THIẾT BỊ LỌC BỤI KIỂU ƢỚT. ........................................................................... 46

2.6.1 Buồng phun - Thùng rửa khí rỗng. .......................................................................... 47

2.6.2 Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng đƣợc tƣới nƣớc. ............................ 47

2.6.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí )có đĩa chứa nƣớc sủi bọt. ................................................. 50

Chƣơng 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP .......................... 52

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI ..................... 52

3.1.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng ...................................................................................... 52

3.1.2 Hấp phụ khí bằng vật liệu rắn .................................................................................. 60

3.1.3 Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt ................................................................... 70

3.1.4 Xử lý ô nhiễm bằng phƣơng pháp sinh học ............................................................. 79

3.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SUNFUĐIOXIT SO2 ................................................. 86

3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nƣớc ..................................................................................... 86

3.2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi CaCO3 hoặc vôi nung CaO ........................................... 88


- 2 -

3.2.3 Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ ....................................................................... 90

3.2.4 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn ................................................................ 93

3.2.5 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính ...................................................................... 93

3.2.6 Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc–Quá trình LURGI ....................... 95

3.2.7 Xử lý khí SO2 bằng nhôm oxít kiềm hoá ................................................................. 96

3.2.8 Xử lý khí SO2 bằng mangan oxít (MnO) ................................................................. 98

3.2.9 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền ...................................... 100

3.2.10 So sánh lợi ích kinh tế của một số phƣơng pháp xử lý khí SO2 ............................ 102

3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ĐIHIĐRO SUNFUA H2S ........................................ 103

3.3.1 Xử lý H2S bằng Natri cacbonat, amoni cacbonat, hoặc kali phốtphát ................... 103

3.3.2 Xử lý khí H2S bằng dung dịch amoniac ................................................................ 105

3.3.3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính ......................................................................... 105

3.3.4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ sắt oxít Fe2O3 ......................................................... 106

3.3.5 Xử lý H2S bằng Natri thioasenat Na4As2S5O2 ....................................................... 108

3.3.6 Xử lý H2S bằng xút NaOH..................................................................................... 109

3.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx ..................................................... 110

3.4.1 Hấp thụ NOx bằng dung dịch amoni cacbonat ....................................................... 110

3.4.2 Hấp thụ khí NOx bằng nƣớc ................................................................................... 111

3.4.3 Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel và than hoạt tính ................................ 112

3.4.4 Giảm thiểu có xúc tác lƣợng khí NOx bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau ....

........................................................................................................................... 112

3.4.5 Giảm thiểu sự phát sinh khí NOx bằng các điều chỉnh quá trình cháy .................. 115

3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ FLO VÀ HỢP CHẤT CỦA FLO. ........................... 116

3.5.1 Hấp thụ khí florua bằng nƣớc. ............................................................................... 116

3.5.2 Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH. ................................................. 117

3.6 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CLO. ......................................................................... 118

3.6.1 Khử khí clo bằng sữa vôi. ...................................................................................... 118

3.6.2 Xử lý khí clo theo phƣơng pháp axit. .................................................................... 120

3.7 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI .................................................. 121

3.7.1 Khái niệm chung về mùi và các chất có mùi ......................................................... 121

3.7.2 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trƣờng bên trong nhà ......................................... 123

3.7.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp thụ ..................................................... 124

3.7.4 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp phụ .................................................... 124

3.7.5 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt ................................................... 124

Tài Liệu Tham Khảo .......................................................................................................... 126


- 3 -

Chƣơng 1

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1.1 NGUỒN GỐC PHÁT SINH

Nguồn gây ô nhiễm không khí là nguồn sinh ra các chất ô nhiễm.

Dựa vào nguồn gốc phát sinh: ta có nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm

nhân tạo

1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên

1. Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa

Hoạt động của núi lửa phun ra một lƣợng khổng lồ nham thạch nóng và nhiều

khói bụi với các chất ô nhiễm nhƣ tro bụi, khí SO2, NOx, H2S, CH4 có tác hại nặng

nề và lâu dài tới môi trƣờng. Không khí chứa bụi sẽ lan tỏa đi rất xa do nó đƣợc

phun lên rất cao.

2. Ô nhiễm do cháy rừng

Cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng nhƣ các hoạt động thiếu ý thức

của con ngƣời. Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và lan toả ra một khu

vực rộng lớn nhiều khi vƣợt ra khỏi biên giới quốc gia có rừng bị cháy. Các chất ô

nhiễm nhƣ khói, bụi, khí SOx NOx, CO, THC.

3. Ô nhiễm do bão cát

Hiện tƣợng bão cát thƣờng xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có lớp

phủ thực vật đặc biệt là sa mạc. Ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi, nó còn làm giảm

tầm nhìn.

4. Ô nhiễm do đại dương

Do quá trình bốc hơi nƣớc biển và bụi nƣớc do sóng đập vào bờ có kéo theo

một lƣợng muối (chủ yếu là NaCl và còn lại là các chất MgCl2, CaCl2, KBr) bị gió

đƣa vào đất liền. Không khí có nồng độ muối cao sẽ gây han gĩ vật liệu, phá huỷ

công trình xây dựng.

5. Ô nhiễm do thực vật

Các chất ô nhiễm do thực vật sản sinh ra và lan toả vào khí quyển là:

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ÷hydrocacbon.

- Các bào tử thực vật, nấm: chúng thƣờng có nồng độ cực đại vào mùa hè.

- Phấn hoa có kích thƣớc từ 10 đến 50µm

Các chất này thƣờng gây ra bệnh dị ứng, bệnh đƣờng hô hấp đối với cơ thể con

ngƣời.

6. Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên


- 4 -

Do quá trình lên men các chất hữu cơ khu vực bãi rác, đầm lầy của vi sinh vật

sẽ tạo ra các khí nhƣ metan (CH4), các hợp chất gây mùi hôi thối nhƣ hợp chất nitơ

(ammoniac - NH3), hợp chất lƣu huỳnh ( hydrosunfua - H2S, mecaptan) và thậm chí

có cả các vi sinh vật.

7. Ô nhiễm do các chất phóng xạ.

Trong lòng đất có một số khoáng sản và quặng kim loại có khả năng phóng xa.

Cƣờng độ phóng xạ càng mạnh và càng gây nguy hiểm cho con ngƣời khi những

vật chất phóng xạ có trong môi trƣờng không khí xung quanh.

8. Ô nhiễm có nguồn gốc từ vủ trụ.

Có rất nhiều hạt vật chất nhỏ bé xâm nhập vào bầu khí quyển của trái đất một

cách thƣờng xuyên liên tục. Bụi vủ trụ có mặt trong lớp khí quyển trên cao và hấp

thụ gần 50% ánh sáng mặt trời và chỉ phát xạ lại một phần nhỏ xuống mặt đất.

Ngƣời ta chia các hạt bụi vủ trụ thành hai nhóm tuỳ thuộc vào thành phần hoá

học của chúng:

- Bụi từ các thiên thạch: chứa các nguyên tố Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cr.

- Bụi từ các Siđerit (thiên thạch sắt, niken) chứa Fe, Co, Ni.

1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo

Nguồn nhân tạo cũng khá đa dạng, chủ yếu là do hoạt động giao thông vận tải,

hoạt động công nghiệp (đây là 2 nguồn ô nhiễm chính ở đô thị), ngoài ra còn một

phần nhỏ từ sinh hoạt của con ngƣời và hoạt động nông nghiệp.

1. Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải.

Sản sinh ra từ ống khói, ống xả của xe cộ, máy bay, tàu bè … chứa nhiều khí

CO, NO2 , NO , SO2 , SO3 , hạt bụi Pb, benzen và các dẫn xuất của benzen gây ung

thƣ …

Đặc điểm nổi bật của nguồn ô nhiễm giao thông vận tải là nguồn ô nhiễm rất

thấp, di động, số lƣợng lớn nên rất khó kiểm soát.

2. Nguồn ô nhiễm công nghiệp.

Do quá trình đốt nhiên liệu thải ra các chất độc qua ống khói.

Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các

đƣờng ống dẫn tải.

Đặc điểm của nguồn thải từ các nhà máy là nồng độ chất độc hại rất cao và tập

trung trong một không gian nhỏ.

Mỗi ngành sản xuất có những chất ô nhiễm đặc trƣng riêng của ngành đó.

Ví dụ : - sản xuất giấy : bụi , thiết bị nấu dung dịch sulfit : khí SO2 , SO3, …

- sản xuất thủy tinh : lò nấu thủy tinh : bụi, NOx , SO2, …

- nhà máy thuốc lá : bụi, mùi hôi và nicôtin …

3. Nguồn ô nhiễm từ sinh hoạt của con người.


- 5 -

Chủ yếu là bếp đun và lò sƣởi sử dụng nhiên liệu than đá, củi, dầu hỏa và khí

đốt, nhƣng nhìn chung nguồn này nhỏ chỉ gây ô nhiễm cục bộ.

Ngoài ra , việc hút thuốc lá cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng

không khí, có hại đến sức khỏe do tạo ra các chất độc nhƣ : axeton, nêphanil,

nicotin … và nhiều chất gây ung thƣ.

Cống rãnh, môi trƣờng nƣớc mặt bị ô nhiễm, bốc hơi hay phân hủy tạo ra các

khí gây mùi hôi nhƣ : H2S , NH3 , CH4 … Khí thoát ra từ các hố xí.

Các công trình xây dựng, khai thác đá gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn.

Nhìn chung các nguồn ô nhiễm này là nhỏ nhƣng lại gây ra ô nhiễm cục bộ

trong một nhà hay trong một phòng.

4. Nguồn ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp

Hoạt động nông nghiệp tạo ra 15% tổng số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính

nhƣ :

+ CO2 tạo ra do quá trình đốt rừng làm rẫy, do hỏa hoạn.

+ CH4 sinh ra từ các cánh đồng ẩm ƣớt hay từ các quá trình phân giải yếm khí

chất hữu cơ nhƣ : mùn, phân gia súc …

Nhận xét :

Về khối lƣợng tuy nguồn ô nhiễm nhân tạo ít hơn nguồn ô nhiễm tự nhiên

nhƣng lại độc hại hơn rất nhiều do thải ra nhiều chất độc hại hơn và lại ở gần khu

dân cƣ nơi có mật độ dân số đông.

Ngoài ra, còn có các cách phân loại nguồn ô nhiễm khác nhƣ:

Dựa vào tính chất hoạt động, gồm có:

- Nguồn phát thải liên tục

- Nguồn phát thải gián đọan

- Nguồn phát thải thất thƣờng

Dựa vào vị trí thải, có hai loại:

- Nguồn cố định: ống khói nhà máy, bếp sinh hoạt, núi lửa…

- Nguồn di động: giao thông vận tải…

Dựa vào mô hình tính toán, có 3loại:

Về độ cao:

- Nguồn thấp: hệ thống thông gió, xƣởng sản xuất…

- Nguồn cao: ống khói cao.

Về mặt hình thể:

- Nguồn điểm: ống khói

- Nguồn đƣờng: đƣờng giao thông mật độ xe chạy lớn,

- Nguồn mặt: bãi rác,

Về phƣơng diện nhiệt:


- 6 -

- Nguồn nóng

- Nguồn nguội

1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ

Bất kì một chất nào ở dạng khí, lỏng hay rắn khi thải vào môi trƣờng không khí

với nồng độ vừa đủ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống và hoạt động của con

ngƣời, động thực vật, đến các bề mặt và cảnh quan môi trƣờng đều đƣợc gọi là chất

ô nhiễm

Có 3 cách phân loại chất ô nhiễm không khí:

Cách thứ nhất: Dựa vào nguồn gốc phát sinh ngƣời ta chia chất ô nhiễm ra

làm hai loại:

- Chất ô nhiễm sơ cấp: là chất ô nhiễm sinh ra trực tiếp tại nguồn. Nhƣ khi đốt

than thì chất ô nhiễm sơ cấp là: bụi, SO2, CO, CO2, NO2

- Chất ô nhiễm thứ cấp: là chất ô nhiễm sinh ra trong quá trình biến đổi hoa

1học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau hoặc giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với

các chất có sẳn trong không khí. Ví dụ nhƣ H2SO3 là chất ô nhiễm thứ cấp sinh ra

do SO2 tác dụng với H2O.

Cách thứ hai: Dựa vào trạng thái vật lý, chất ô nhiễm chia ra làm 3 loại:

- Chất ô nhiễm ở dạng rắn: bụi, khói…

- Chất ô nhiễm ở dạng hơi (lỏng): hơi dung môi hữu cơ, hơi axit, hơi thủy

ngân…

- Chất ô nhiễm ở dạng khí: khí vô cơ, khí hữu cơ..

Cách thứ ba: Dựa vào kích thƣớc chất ô nhiễm không khí đƣợc chia ra làm 2

loại:

- Phân tử: các chất khí

- Hạt: bụi, khói, sƣơng…

1.2.1 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến sức khoẻ con ngƣời

Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm không khí đến sức khoẻ con ngƣời: phụ thuộc

vào nồng độ và thời gian tiếp xúc.

Khí CO: là một loại khí độc do nó phản ứng mạnh với hồng cầu trong máu

và tạo ra cacboxyl hemoglobin (COHb) làm hạn chế sự trao đổi và vận chuyển oxy

của máu đi nuôi cơ thể. Ái lực của CO đối với hồng cầu gấp 200 lần so với oxi.

Hồng cầu trong máu hấp thu CO nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ CO trong

không khí, thời gian tiếp xúc của cơ thể với không khí ô nhiễm và mức độ hoạt

động của cơ thể.

Bình thƣờng nồng độ COHb trong máu đƣợc giữ ở mức 0.4% do khí CO sản

sinh bên trong cơ thể không phụ thuộc vào các nguồn bên ngoài. Khi hàm lƣợng

COHb trong máu từ 2 ÷ 5% bắt đầu có dấu hiệu ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung

ƣơng. Khi hàm lƣợng COHb trong máu tăng đến 10 ÷ 20% các chức năng hoạt


- 7 -

động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thƣơng. Nếu hàm lƣợng COHb

tăng đến ≥ 60% - tƣơng ứng với nồng độ khí CO trong không khí là 1000ppm thì

tính mạng bị nguy hiểm và dẫn đến tử vong.

Khí CO không đề lại hậu quả bệnh lý nghiêm trọng lâu dài hoặc gây ra khuyết

tật nặng nề đối với cơ thể. ngƣời bị nhiễm CO khi rời khỏi nơi ô nhiễm, nồng độ

COHb trong máu giảm dần do CO thoát ra ngoài qua đƣờng hô hấp.

Khí NOx: Tác hại của NOx tƣơng đối chậm và khó nhận biết, chủ yếu là gây

ra bệnh mãn tính về đƣờng hô hấp nhƣ viêm xơ phổi mãn tính.

Khí SO2: có mùi khét ngột ngạt. Những ngƣời tiếp xúc thƣờng xuyên với

khí SO2 khoảng 5ppm hoặc hơn thì độ nhạy về mùi giảm. Nếu tiếp xúc nồng độ cao

hơn gây xuất tiết nƣớc nhầy và sƣng tấy thành khí quản.

Khí H2S: không màu, dễ cháy và có mùi trứng thối, gây chảy nƣớc mắt; viêm

mắt, viêm tuyến hô hấp

Khí Cl: có màu xanh, mùi hăng cay. Gây hại đối với mắt, da, đƣờng hô hấp.

hít thở không khí có Cl, sẽ cảm thấy khó thở, bỏng rát da, cay đỏ mắt và nhìn bị mờ.

Khí NH3: trong không khí tồn tại ở dạng lỏng, khí, không màu, có mùi khai

hắc. Làm viêm da, viêm mắt và đƣờng hô hấp.

Khí O3: Gây viêm mắt, chảy nƣớc nhầy đƣờng hô hấp, khô cổ họng, đau đầu,

loạn nhịp thở.

Bụi: Gây tổn thƣơng đối với mắt, da, hệ hô hấp và hệ tiêu hoá. Gây ra bệnh

hen suyễn, bệnh phổi

1.2.2 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến động vật

Các chất ô nhiễm không khí thâm nhập vào cơ thể động vật bằng hai con

đƣờng: con đƣờng hô hấp do hít thở không khí bị ô nhiễm và con đƣờng tiêu hóa do

ăn cỏ, lá cây bị nhiễm độc.

Những chất ô nhiễm chủ yếu gây hại cho động vật là:

Khí SO2: gây tổn thƣơng lớp mô trên cùng của bộ máy hô hấp, gây bệnh khí

thũng và suy tim.

Khí CO: làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu trong máu.

Khí HF: gây viêm khí quản, viêm phổi ở các loài chuột lang và thỏ. Với

nồng độ cao trên 8mg/m3 HF có thể gây chết do viêm phổi nặng. Ngoài ra, khi ăn cỏ

có chứa những hợp chất của flo, các loài cừu, bò thƣờng bị hỏng răng.

1.2.3 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến thực vật

Thực vật có độ nhạy cảm với ô nhiễm môi trƣờng cao hơn so với ngƣời và động

vật. Sự sinh trƣởng bình thƣờng của thực vật đòi hỏi phải có đủ các yếu tố: ánh

sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dƣỡng và trạng thái thích hợp của đất trồng. Thế

nhƣng, ô nhiễm không khí lại đóng vai trò quan trọng trong sự phá hủy trạng thái

cân bằng của các yếu tố này.


- 8 -

Ảnh hƣởng của ô nhiễm môi trƣờng rất khác biệt từ loài này sang loài khác.

Cùng một chất ô nhiễm với nồng độ nhƣ nhau, nhƣng ở loài này thì bị ảnh hƣởng

nặng, còn ở loài khác lại có thể chịu đựng tốt. Khi môi trƣờng không khí bị ô nhiễm

(trong lúc các yếu tố ngoại cảnh khác vẫn đƣợc đảm bảo bình thƣờng) thì các quá

trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nƣớc của cây cối đều bị ảnh hƣởng và biểu

hiện bằng các triệu chứng sau đây:

Tốc độ tăng trƣởng: cây chậm lớn do quá trình quang hợp và hô hấp bị hạn

chế.

Hiện tƣợng lá vàng úa hoặc bạc màu: khi không khí bị ô nhiễm, quá trình

quang hợp bị kìm hãm, không tổng hợp kịp chất diệp lục để nuôi cây. Chất diệp lục

tích trữ trong cây bị tiêu hao với tốc độ nhanh hơn tốc độ sản sinh ra chúng từ quá

trình quang hợp. Vì thế, lá cây dần dần bị vàng úa, bạc màu.

Cây chết từng bộ phận hoặc chết hẳn toàn bộ: khi sự mất cân bằng của các

yếu tố sinh trƣởng vƣợt quá mức chịu đựng của cây thì các phản ứng hóa sinh trong

các tế bào và các mô của cây không xảy ra đƣợc. Từ đó dẫn đến cái chết từng bộ

phận hoặc toàn bộ cây.

1.2.4 Ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm đến vật liệu

1. Đối với vật liệu kim loại.

Khí SO2 là tác nhân gây han gỉ rất mạnh đối với kim loại. Khi gặp ẩm trong

không khí hoặc trên bề mặt vật liệu, SO2 biến thành H2SO4 và tác dụng với kim loại

để tạo thành muối sunfat. Đó là quá trình han gỉ.

Ngƣời ta quan sát thấy không khí bị ô nhiễm bởi SO2 gây han gỉ còn mạnh hơn

cả không khí chứa nhiều tinh thể muối ở vùng biển.

Bụi trong không khí cũng có tác dụng làm tăng cƣờng quá trình han gỉ của kim

loại, đặc biệt là bụi than, bụi xi-măng có chứa SiO2 và vôi.

Hợp kim nhôm có độ bền vững cao dƣới tác động hóa học của không khí ô

nhiễm, tuy nhiên, bề mặt của vật liệu đã hoàn thiện cũng có thể bị bào mòn hoặc

hoen ố do bụi bám.

2. Đối với vật liệu xây dựng.

Các chất ô nhiễm nhƣ khí CO2, SO2 có tác hại rất lớn đối với vật liệu xây dựng

có nguồn gốc từ đá vôi. Khi gặp ẩm và oxi, các chất ô nhiễm nói trên tác dụng với

đá vôi (CaCO3) tạo thành muối CaSO4 tan đƣợc trong nƣớc làm cho công trình có

thể bị hƣ hỏng nặng.

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2

CaSO3 + ½ O2 = CaSO4

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)2 + SO2 + ½ O2 = CaSO4 + 2CO2 + H2O

Ngoài tác động về mặt hóa học đối với vật liệu xây dựng, ô nhiễm bụi trong

không khí cũng gây tác hại đáng kể do quá trình cọ xát bào mòn các bề mặt công


- 9 -

trình bằng đá, gạch, kính, sơn khi có gió mạnh, tƣơng tự nhƣ quá trình xử lý bề mặt

bằng máy phun cát.

3. Đối với vật liệu sơn:

Lớp sơn trên bề mặt sản phẩm, thiết bị, dụng cụ hoặc công trình có thể bị tác

động bởi bụi dạng rắn hoặc lỏng có chứa nhiều hợp chất hóa học khác nhau, gây ra

sự mài mòn hoặc phản ứng phân hủy chất sơn. Tác hại gây ra trên cả hai phƣơng

diện kinh tế và mỹ quan không những đối với công trình và đồ vật thông thƣờng mà

còn đối với cả các tác phẩm nghệ thuật, hội họa.

Khí H2S trong không khí ô nhiễm có phản ứng trực tiếp với các hợp chất của

chì trong sơn để tạo thành PbS làm cho màu sơn bị xỉn tối.

4. Đối với vật liệu dệt.

Những nguyên liệu để dệt vải nhƣ bông, len, sợi tổng hợp là những vật liệu

nhạy cảm với các chất ô nhiễm gốc axit. Khí SO2 làm giảm độ bền dẻo của sợi, vải.

Khí SO2 cũng có phản ứng với thuốc nhuộm làm cho thuốc nhuộm kém chất lƣợng,

không đạt đƣợc màu sắc mong muốn hoặc hƣ hỏng. Bụi trong không khí cũng gây

tác hại đáng kể cho đồ may mặc, làm cho quần áo bẩn nhanh, bị mài mòn nhanh,

nhất là khi bụi có chứa các thành phần nhƣ SO2, H2S…

Ngoài ra cũng cần nói thêm rằng: các yếu tố môi trƣờng khác nhƣ nhiệt độ, ánh

sáng, độ ẩm, gió… cũng tham gia vào việc gây tác hại cho sản phẩm dệt may.

5. Đối với vật liệu điện, điện tử.

Nguyên nhân thông thƣờng khiến cho các thiết bị điện công suất thấp bị trục

trặc là do bụi bám trên các công tắc tiếp xúc, cầu dao làm cho mạch điện không

thông suốt khi đóng điện. Sự việc có thể nguy hại hơn, nếu trong bụi có chứa các

hợp chất ăn mòn kim loại. Bụi cũng có thể bám trên các bộ phận cách điện của

đƣờng dây cao thế, khi gặp ẩm, sƣơng hoặc mƣa, lớp bụi ẩm có thể trở thành vật

dẫn điện và gây ra hiện tƣợng phóng điện rất nguy hiểm. Ngƣời ta cũng nhận thấy

rằng: đầu bịt paladium gốc niken của công tắc điện bị ăn mòn và hình thành lớp gỉ

màu xanh cách điện. Kết quả này do thành phần nitrat có mặt trong bụi gây nên.

6. Đối với vật liệu giấy, da thuộc, cao su.

Khí SO2 gây tác hại mạnh đối với giấy và da thuộc, làm cho độ bền, độ dai của

chúng bị giảm sút. Còn cao su thì rất nhạy cảm với ozon. Ozon làm cho cao su bị

cứng giòn, giảm sức bền và nứt nẻ.

1.2.5 Hậu quả toàn cầu của chất ô nhiễm không khí

1. Mưa axit.

Mƣa axit là sự kết hợp của mƣa, sƣơng mù, tuyết, mƣa đá với axit sunfuric, axit

nitric có nồng độ loãng (pH < 5,6). Oxit lƣu huỳnh, oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt

cháy các nhiên liệu khoáng chúng bị oxi hóa trong khí quyển trong thờI gian dài từ

vài giờ đến nhiều ngày và biến thành axit sunfunric và axit nitric rồi theo mƣa tuyết

rơi xuống mặt đất. Từ những năm 1950, nƣớc Mỹ đã xuất hiện các trận mƣa axit.


- 10 -

Năm 1979, ở Trung Quốc, mƣa axit lần đầu tiên xuất hiện, chủ yếu ở khu vực sông

Trƣờng Giang, phía Đông cao nguyên Thanh Hải và bồn địa Tứ Xuyên.

Thông thƣờng, nếu khí quyển hòan tòan trong sạch, không bị ô nhiễm bởi các

loại khí SO2 và NOx thì pH của nƣớc mƣa khỏang 5.6 tức là thuộc tính axit do khí

CO2 trong khí quyển tác dụng với nƣớc nƣớc mƣa. Khi khí quyển bị ô nhiễm khí

SO2 và NOx thì pH nƣớc mƣa sẽ nhỏ hơn 5.6 và ta sẽ có mƣa axit. Khi pH của nƣớc

mƣa nhỏ hơn 4.5 bắt đầu có tác hại đối với cá và thực vật.

Các nguy hại của mƣa axit chủ yếu là làm cho sông hồ bị axit hoá, cây cối bị

khô héo, các loại cá bị chết, đe doạ sức khỏe con ngƣời. Dựa vào di chuyển của gió,

mây mƣa axit có thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng

lớn.

- Rừng bị hủy diệt. Mƣa axit làm tổn thƣơng lá cây, trở ngại quá trình quang

hợp, làm cho lá cây bị vàng úa và rơi rụng. Mƣa axit làm cho chất dinh dƣỡng trong

đất bị tan mất, có tác dụng phá hoại sự cố định đạm của vi sinh vật và sự phân giải

các chất hữu cơ, làm giảm độ màu mỡ của đất. Mƣa axit còn cản trở sự sinh trƣởng

của bộ rễ làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại. Toàn châu Âu đã có

khoảng 14% rừng bị những cơn mƣa axit tàn phá, riêng nƣớc Đức bị tàn phá tới

50%. Rừng trên thế giới bị mƣa axit tàn phá, tổn thất về gỗ hằng năm đã vƣợt quá

10 tỉ đô la.

- Nước hồ bị axit hoá. Mƣa axit làm ô nhiễm nguồn nƣớc trong hồ và phá

hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong

nƣớc. Ở Thụy Điển có hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bị axit hoá với mức độ khác

nhau; 80% nƣớc hồ của miền Nam Na Uy bị axit hoá.

- Sản lượng nông nghiệp bị giảm. Mƣa axit là yếu khả năng quang hợp của

cây, phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khó khăn. Mƣa

axit còn ức chế việc phân giải các chất hữu cơ và cố định đạm trong đất, rửa trôi các

nguyên tố dinh dƣỡng trong đất (Ca, Mg, K) làm cho đất bị nghèo hoá. Theo điều

tra của Nhật Bản, mƣa axit làm một số cây ngũ cốc và lúa mì bị giảm tới 30% sản

lƣợng. Mƣa axit còn hoà tan các kim loại độc hại (Hg, Cd, Al...) do đó làm giảm giá

trị sử dụng cuả sản phẩm nông nghiệp, thậm chí không thể dùng đƣợc.

SO2, NO2

SO2 nắng, H2O H2SO4

NO2 HNO3

Mƣa axit


- 11 -

Hình 1.1: Chu trình tạo mƣa axit trong khí quyển

- Làm tổn hại đến sức khoẻ con người. Khí SO2 là chất chủ yếu gây ra mƣa

axit, rất nguy hiểm cho sức khỏe con ngƣời. Khi hít phải SO2 với nồng độ nhất định

hô hấp sẽ bị kích thích mạnh. Liều SO2 gây nguy hiểm sau 30 đến 60 phút hít thở là

260-130 mg/m3. Độc tính chung của SOx là rối loạn chuyển hoá protein và đƣờng,

thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza. Hấp thu lƣợng lớn SO2 có khả năng

gây bệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăng cƣờng quá trình ôxy hóa

Fe2+

thành Fe3+

.

- Gây ra ăn mòn các vật kiến trúc. Thành cổ Aten nổi tiếng, tƣợng nhân sƣ của

Ai cập, do bị những trận mƣa axit mà ngày càng bị xâm thực hỏng dần.

2. Hiệu ứng nhà kính.

Bức xạ cực đại từ mặt trời xuống trái đất là bức xạ sóng ngắn gồm các tia trông

thấy có bƣớc sóng = 0,4 ÷0,8m, các tia cực tím = 0,1 ÷0,4m và một phần các

tia cận hồng ngoại = 0,8 ÷5m.

Bức xạ cực đại từ mặt đất vào bầu trời là bức xạ sóng dài thuộc vùng hồng

ngoại có bƣớc sóng từ = 3 ÷60m.

Các chất ô nhiễm không khí nhƣ CO2, CH4, N2O, CFC (cloroflorocacbon), O3

và hơi nƣớc là những chất gần nhƣ trong suốt đối với tia sóng ngắn, ngƣợc lại đối

với các bức xạ sóng dài, tia hồng ngoại thì chúng hấp thụ rất mạnh.

Hiệu ứng nhà kính chính là hiện tƣợng các chất ô nhiễm không khí nhƣ CO2,

CH4, CFC, N2O, O3, hơi nƣớc cản trở, hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ mặt đất rồi toả

nhiệt vào bầu khí quyển làm cho nhiệt độ khí quyển nóng lên.

Các chất CO2, CH4, N2O, CFC, O3, hơi nƣớc đƣợc gọi là khí nhà kính.

Sự gia tăng nhiệt độ do hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ đến nhiều mặt

của môi trường:

- Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm băng tan và dâng cao mực nƣớc biển. Nhƣ vậy

nhiều vùng sản xuất lƣơng thực trù phú, các khu đông dân cƣ, các đồng bằng lớn,

nhiều đảo thấp có thể bị chìm dƣới mực nƣớc biển.

- Làm thay đổi điều kiện sống bình thƣờng của các sinh vật. Một số loài sinh

vật thích nghi đƣợc sẽ phát triễn thuận lợi. Trong khi đó nhiều loài sẽ bị thu hẹp

không gian sống hoặc bị tiêu diệt do không kịp thích nghi với những biến đổi môi

trƣờng sống.

- Khí hậu toàn cầu sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hƣớng di

chuyển về phía hai cực của trái đất. Toàn bộ điều kiện sống của các quốc gia bị xáo

trộn. Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản bị ảnh hƣởng nghiêm

trọng.

- Nhiều loại bệnh tật mơi đối với con ngƣời xuất hiện, các loại dịch bệnh lan

tràn, sức khoẻ của con ngƣời bị suy giảm.

Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu trái đất:

- Sự nóng lên của khí quyển và trái đất nói chung.


- 12 -

- Sự thay đổi thành phần chất lƣợng khí quyển có hại cho môi trƣờng sống của

con ngƣời và các sinh vật trên trái đất.

- Sự dâng cao mực nƣớc biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng

đất thấp, các đảo nhỏ trên biển.

- Sự di chuyển các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác

nhau của trái đất, dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh

thái và hoạt động bình thƣờng khác của con ngƣời.

- Sự thay đổi cƣờng độ hoạt động của quá trình hoàn lƣu khí quyển, chu trình

tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hoá khác.

- Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lƣợng và thành phần

của thuỷ quyển, thạch quyển, sinh quyển, thỗ nhƣỡng quyển.

Giải pháp khắc phuc:

Tại hội nghị thƣợng đỉnh về môi trƣờng họp tại Rio Janero năm 1992, các quốc

gia trên thế giới đã thông qua Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp

Quốc. Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu đặt ra mục tiêu: “Ổn định nồng độ các

khí nhà kính trong khí quyển ở mức có thể ngăn ngừa đƣợc sự can thiệp của con

ngƣời đối với hệ thống khí hậu”. Mức ổn định phải đạt một khung thời gian đủ cho

các hệ sinh thái thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, đảm bảo việc

sản xuất lƣơng thực không bị đe doạ và tạo khả năng phát triễn kinh tế một cách bền

vững. Các quốc gia tham gia công ƣớc phải tuân thủ 5 nguyên tắc sau:

- Các nƣớc phải bảo vệ hệ thống khí hậu.

- Cần phải xem xét đầy đủ những nhu cầu riêng và hoàn cảnh đặc thù của các

nƣớc đang phát triển.

- Các nƣớc phải thực hiện những biện pháp phòng ngừa, ngăn ngừa và giảm

nhẹ nguyên nhân gây biến đổi khí hậu.

- Các quốc gia có quyền và phải đẩy mạnh sự phát triễn bền vững.

- Các quốc gia phải hợp tác đẩy mạnh một hệ thống kinh tế quốc tế mở cửa và

tƣơng trợ.

Công ƣớc khung về biến đổi khí hậu đặt ra các giải pháp nhằm khăc phục sự nóng

lên của toàn cầu nhƣ:

- Bảo toàn và nâng cao khả năng của các bể hấp thụ khí nhà kính nhƣ: các khu

rừng nhiệt đới và ôn đới, các sinh khối ở biển và đại dƣơng, các hệ sinh thái biển,

ven bờ và đất liền khác.

- Hợp tác trong việc chuẩn bị sự thích ứng với các tác động của sự thay đổi khí

hậu nhƣ quản lý tổng hợp vùng bờ biển, quản lý tài nguyên và nông nghiệp, phục

hồi các khu vực bị ảnh hƣởng bởi hạn hán, lũ lụt và sa mạc hoá.

- Tăng cƣờng hợp tác trong nghiên cứu và trao đổi thông tin khoa học, công

nghệ, kỹ thuật, kinh tế của các quốc gia để nâng cao thêm hiểu biết về nguyên nhân

và ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu cũng nhƣ hậu quả kinh tế xã hội của các chiến

lƣợc ứng phó với biến đổi khí hậu.


- 13 -

- Tăng cƣờng và hợp tác trong giáo dục, đào tạo và truyền bá đại chúng liên

quan đến biến đổi khí hậu, đồng thời khuyến khích sự tham gia của cộng đồng vào

bảo vệ hệ thống khí hậu toàn cầu.

3. Sự suy giảm tầng ozon.

Sự rò rỉ và phát thải các chất CFC (cloroflorocacbon), cacbon tetraclorua (CCl4)

là nguyên nhân chính gây suy giảm tầng ozon.

Khi các chất này khuếch tán đến tầng bình lƣu thì chúng bị tấn công bởi các tia

cực tím và phân huỷ thành các nguyên tử Cl. Chính nguyên tử Cl này là nguyên

nhân gây suy giảm tầng ozon.

Cl + O3 = ClO + O2

ClO + O3 = Cl + 2O2

Nhƣ vậy một nguyên tử Clo biến nhiều phân tử O3 thành O2 thông thƣờng.

Hậu quả của sự suy giảm tầng ozon:

- Tăng khả năng mắc bệnh ung thƣ da

- Tăng khả năng mắc bệnh về mắt, đặc biệt là bệnh đục thuỷ tinh thể.

- Phá huỷ hệ thống miễn dịch của con ngƣời và động vật.

- Giảm năng suất cây trồng.

- Làm mất cân bằng hệ sinh thái động thực vật biển.

Các giải pháp bảo vệ tầng ozon:

Trƣớc sự gia tăng mức độ suy thoái tầng ozon, các quốc gia trên TG đã kí kết

Công ƣớc viên về bảo vệ tầng ozon và Nghi định thƣ Montreal về các chất làm suy

giảm tầng ozon.

Công ƣớc viên đƣợc ký kết năm 1985 gồm 21 điều khoản có mục đích cơ bản là

xây dựng hợp tác và hành động quốc tế nhằm nghiên cứu tầng ozon, bảo vệ tầng

ozon trƣớc các hoạt động của con ngƣời và bảo vệ sức khoẻ con ngƣời trƣớc những

thay đổi của tầng ozon. Các quốc gia tham gia có nhiệm vụ:

- Hợp tác trong quan trắc, nghiên cứu, trao đổi thông tin để hiểu rõ và đánh giá

tốt hơn ảnh hƣởng của các hoạt động con ngƣời tới tầng ozon và những ảnh hƣởng

đến sức khoẻ con ngƣời và môi trƣờng do biến đổi tầng ozon.

- Chấp nhận các biện pháp và hợp tác trong việc phối hợp các chính sách để

kiểm soát, hạn chế hoặc ngăn chặn các hoạt động có ảnh hƣởng có hại do sự biến

đổi hoặc gây ra sự biến đổi tầng ozon.

- Hợp tác trong hệ thống hoá các biện pháp và tiêu chuẩn đã nhất trí để thực

hiện công ƣớc và các văn bản kèm theo.

- Hợp tác với các cơ quan quốc tế có thẩm quyền để thi hành có hiệu quả công

ƣớc và các văn bản liên quan.

1.3 SỰ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ


- 14 -

Một chất sau khi thải vào không khí, chúng sẽ khuếch tán đi các nơi. Các yếu tố

điều kiện khí hậu, địa hình mặt đất và thành phần khí và bụi thải …đã ảnh hƣởng

đến sự phân bố chất ô nhiễm trong không gian và theo thời gian.

a. Ảnh hưởng của gió: Gió hình thành các chuyển động rối của không khí trên

bề mặt đất đóng vai trò chính trong sự phát tán chất ô nhiễm. Hai yếu tố quan trọng

cần quan tâm đó là hƣớng gió và tốc độ gió. Nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng khi tốc

độ gió giảm

b. Nhiệt độ: nhiệt độ không khí có ảnh hƣởng đến sự phân bố nồng độ chất ô

nhiễm trong không khí ở tầng gần mặt đất. Ở tầng này thông thƣờng càng lên cao

nhiệt độ càng giảm nhƣng trong một số trƣờng hợp có hiện tƣợng ngƣợc lại khi

càng lên cao (trong một tầm cao nào đó) nhiệt độ không khí càng tăng. Hiện tƣợng

này gọi là sự “nghịch đảo nhiệt”. Khi có nghịch nhiệt không khí trở nên rất ổn định

và cản trở mọi chuyển động thẳng đứng của từng bộ phận khí do lực nổi gây ra. Độ

ổn định do nghịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế sự trao đổi năng lƣợng gió của lới

không khí sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trên cao và do đó làm cản trở quá

trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phƣơng đứng lẫn phƣơng ngang mà hậu

quả là làm cản trở sự phát tán gây nồng độ đậm đặc nơi gần mặt đất. Trong quá khứ

đã từng xảy ra những lần có nghịch đảo nhiệt ở một vài vùng để lại tác hại lớn nhƣ

sự kiện ngộ độc khí của thành phố Luân Đôn.

Nghịch đảo nhiệt đƣợc hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:

- Làm lạnh lớp không khí từ bên trên.

- Làm nóng lớp không khí từ bên dƣới.

- Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dƣới lớp không khí ấm.

- Chuyển động của dòng không khí ấm trên lớp không khí lạnh.

Nghịch nhiệt do nguyên nhân thứ nhất gây ra là dạng nghịch nhiệt bức xạ. Dạng

nghịch nhiệt này thƣờng xuất hiện quanh năm vào nửa đêm đến sáng sớm, nhƣng về

mùa đông có thể kéo dài cả ban ngày khi năng lƣợng bức xạ mặt trời không đủ sức

phá vỡ lớp nghịch nhiệt. Đặc biệt ở những vùng khí hậu lạnh khi mặt đất có lớp

tuyết bao phủ, nghịch nhiệt có thể kéo dài từ 5 ÷7 ngày bởi vì tuyết phản xạ rất tốt

tia nắng mặt trời đồng thời là vật phát xạ mạnh các tia hồng ngoại.

Nguyên nhân thứ hai thƣờng xuất hiện ở vùng áp suất cao khi có lớp mây che

phủ trên bầu trời và hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống. Lớp nghịch

nhiệt này thƣờng có độ cao từ 400 ÷500 m đến 4000 ÷5000 m trên mặt đất.

Nguyên nhân thứ ba là trƣờng hợp dòng không khí lạnh từ các vùng đất cao vào

ban đêm tràn xuống các thung lũng tạo thành lớp không khí lạnh nằm dƣới lớp

không khí ấm và dẫn đến nghịch đảo nhiệt ở đáy thung lũng. Trƣờng hợp này nếu

có ngƣng tụ xảy ra thì lớp sƣơng giá sẽ hình thành và làm cho ánh nắng mặt trời vào

ban ngày không thể xuyên qua đƣợc, khi đó nghịch nhiệt có thể kéo dài vài ngày và

chỉ khi nào có gió mạnh hoặc bão nó mới bị quét sạch khỏi thung lũng.

Nguyên nhân thứ tư thƣờng xẩy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió của

sƣờn núi thổi xuống chân núi. Không khí này sẽ đƣợc ấm lên theo quá trình nén ép


- 15 -

đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dƣới chân núi

gây ra hiện tƣợng nghịch nhiệt với cƣờng độ mạnh và có thể kéo dài.

Tại cùng một địa điểm và cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt

cùng song song tồn tại: một lớp sát mặt đất đến độ cao 100 đến 200m và một lớp ở

độ cao từ 900 đến 1100m.

Tóm lại nghịch nhiệt có thể đƣợc hình thành và đƣợc tăng cƣờng trong các điều

kiện sau đây:

Thời tiết trong năm: về mùa đông nghịch nhiệt thƣờng kéo dài do mặt trời

không đủ sức làm ấm mặt đất để phá vỡ lớp nghịch nhiệt.

Khả năng hấp thu và nhả nhiệt của mặt đất: mặt đất trơ trụi không cỏ cây hấp

thụ và nhả nhiệt nhanh hơn so với mặt đất có lớp thực vật che phủ do đó tạo điều

kiện thuận lợi cho việc hình thành nghịch nhiệt. cũng tƣơng tự nhƣ vậy khi mặt đất

có lớp tuyết bao phủ.

Sƣơng mù, mây nhất là mây thấp và che kính bầu trời làm cho bức xạ mặt trời

không đủ sức làm ấm mặt đất.

Sự di chuyển các khối không khí ấm hoặc lạnh từ sƣờn núi xuống đồng bằng

hoặc từ các truyền đất cao xuống thung lũng.

Tất cả các dạng nghịch nhiệt dù ở sát mặt đất hay ở trên cao đều cản trở sự xáo

trộn của khí quyển và do đó dẫn đến sự tích tụ chất ô nhiễm, làm cho nồng độ chất ô

nhiễm có thể tăng lên rất cao, gây tác hại nghiêm trọng đến môi trƣờng sinh thái của

khu vực.

c. Ảnh hưởng của mưa: Mƣa có tác dụng làm sạch môi trƣờng không khí, các

hạt mƣa sẽ kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất độc hại trong không khí rồi

rơi xuống đất gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nƣớc.

Nhƣ vậy, mƣa thúc đẩy việc loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi không khí nhƣng

lại góp phần chuyển các chất ô nhiễm này vào đất, nƣớc…

Mƣa làm sạch bụi trên các lá cây, do đó làm tăng khả năng hút bụi của các dãy

cây xanh cách ly bảo vệ khu dân cƣ.

d. Ảnh hưởng của sương mù: Sƣơng mù dày đặc và kéo dài xác định hiện tƣợng

lắng đọng trong lớp khí quyển tại mặt đất . Đây là yếu tố khí tƣợng bất lợi cho sự

khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí. Chúng góp phần gây ra hiện tƣợng nghịch

đảo nhiệt và chúng có thể là nguyên nhân tạo thành khói mù độc hại.

.Đã có nhiều trƣờng hợp khói mù gây tai nạn thê thảm cho dân cƣ. Vì vậy tần số

hình thành, mật độ và độ ổn định của sƣơng mù ở một địa phƣơng nào đó cần đƣợc

phân tích cẩn thẩn trong việc thiết kế các công trình xử lý khí thải và thải khí

e. Địa hình mặt đất: ảnh hƣởng đến trƣờng gió trong khu vực và do đó ảnh

hƣởng đến việc phát tán chất thải. Dạng bề mặt, loại thảm thực vật cũng có ảnh

hƣởng đến sự phát tán chất thải.

Địa hình, độ gồ ghề của mặt đất và công trình nhà cửa có ảnh hƣởng rất lớn đến

chuyển động ngang của không khí trên mặt đất.

Địa hình:


- 16 -

Trƣờng hợp địa hình không bằng phẳng, trên đƣờnglan truyền luồng khói gặp

vật cản có dạng nhƣ núi đồi, vực sâu, thủng lủng …trƣờng vận tốc gió sẽ bị thay

đổi, mức độ rối của khí quyển bị ảnh hƣởng và do đó luồng khói sẽ bị biến dạng,

kéo theo là sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khói cũng nhƣ trên mặt

đất bị thay đổi.

Ở phía đón gió của sƣờn đồi luồng khói chuyển động theo các đƣờng dòng của

không khí và do đó có xu hƣớng vừa va đập vào sƣờn đồi vừa bị hất ngƣợc lên cao,

vì vậy nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao so với trƣờng hợp địa hình

bằng phẳng.

Ở phía khuất gió của ngọn đồi, bức tranh càng phức tạp hơn do có hiện tƣợng

quẩn gió làm cho chất ô nhiễm bị tù đọng lại trong khu vực này và không lan tỏa ra

xa hơn nữa.

Công trình, nhà cửa:

Khi gió thổi qua công trình, các gờ sắc cạnh của công trình sẽ hắt luồng gió lên

cao tạo ra độ rối có cƣờng độ và kích thƣớc lớn hơn nhiều so với độ rối tự nhiên của

bản thân luồng gió, làm cho luồng gió có khả năng bị thay đổi cả vận tốc lẫn chiều

hƣớng chuyển động.

Nhà cửa, công trình góp phần làm thay đổi trƣờng vận tốc của không khí. Ở

phía trƣớc công trình vận tốc chuyển động của không khí tăng lên, ở phía sau vận

tốc khí giảm lại tạo nên vùng gió quẩn và phải đến một khoảng cách xa vận tốc khí

mới đạt đƣợc giá trị ban đầu.

Các vùng gió quẩn sẽ làm cho nồng độ chất ô nhiễm tăng cao lên, đặc biệt là

với các nguồn ô nhiễm thấp.

Vùng gió quẩn (bóng khí động) phụ thuộc vào các yếu tố:

- Kích thƣớc của công trình, chiều cao nhà, chiều rộng nhà.

- Công trình đứng độc lập hay nằm trong cụm nhà.

- Khoảng cách giữa các công trình trong cụm nhà.

- Hƣớng gió thổi: trƣờng hợp bất lợi nhất là khi gió thổi trực giao với nhà.

Về kích thƣớc công trình ngƣời ta phân biệt:

Nhà hẹp: nếu bề rộng nhà b≤ 2.5 Hnhà, trong đó Hnhà ÷chiều cao của nhà

Hình 1.2 Luồng khói lan truyền khi gặp vật cản đồi núi


- 17 -

Nhà rộng : nếu bề rộng nhà b> 2.5 Hnhà

Về khoảng cách giữa các nhà trong cụm công trình: nếu hai nhà cách nhau trên

10 lần chiều cao của ngôi nhà đứng trƣớc (theo chiều gió): ta có thể xem những

ngôi nhà đó là đứng độc lập.

Dƣới đây là sơ đồ bóng khí động ứng với các trƣờng hợp khác nhau:

Hình 1.3a: Nhà hẹp đứng độc lập


- 18 -

Hình 1.3b: Nhà rộng đứng độc lập

Hình 1.3c: Nhà hẹp đứng trƣớc nhà khác

Hình 1.3d: Nhà rộng đứng trƣớc nhà khác


- 19 -

Chƣơng 2

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI VÀ PHÂN LOẠI

2.1.1 Khái niệm

Các phân tử chất rắn thể rời rạc có thể đƣợc tạo ra trong các quá trình nghiền,

ngƣng kết và các phản ứng hoá học khác nhau. Dƣới tác dụng của các dòng khí

hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện

nhất định chúng tạo thành những vật chất mà ngƣời ta gọi là bụi.

Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc - các hạt có kích

thƣớc nằm trong khỏang từ kích thƣớc nguyên tử đến kích thƣớc nhìn thấy đƣợc

bằng mắt thƣờng, có khả năng tồn tại lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau.

Sol khí cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng

lơ lửng trong thời gian dài không hạn định. Tốc độ lắng chìm của các hạt sol khí rất

bé. Những hạt nhỏ nhất của sol khí có kích thƣớc gần bằng kích thƣớc các nguyên

tử lớn, còn những hạt lớn nhất có kích thƣớc khoảng 0,2 ÷ 1µm.

Khái niệm về sol khí thô có thể đồng nghĩa với bụi. Các sol khí có thể có kích

thƣớc đồng nhất hoặc không đồng nhất.

Kích thƣớc của hạt bụi δ đƣợc hiểu là đƣờng kính, độ dài cạnh của hạt hay lỗ

rây, kích thƣớc lớn nhất của hình chiếu của hạt.

Đƣờng kính tƣơng đƣơng δtđ của hạt bụi có hình dáng bất kì là đƣờng kính hình

cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi.

Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trƣờng tĩnh

dƣới tác dụng của trọng lực. vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thƣớc của hạt,

hình dáng và khối lƣợng đơn vị của nó cũng nhƣ khối lƣợng đơn vị và độ nhớt của

môi trƣờng.

Đƣờng kính lắng chìm δc của hạt bụi là đƣờng kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc

rơi và khối lƣợng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lƣợng đơn vị của hạt có

hình dáng phi chuẩn đang xem xét.

Đƣờng kính lắng chìm của hạt đƣợc xác định theo công thức sau đây rút ra từ lý

thuyết về sự lắng chìm của hạt bụi:

mH

b

C

,

)(

18107

Trong đó:

μ: độ nhớt động lực của môi trƣờng (khí, nƣớc) Pa.s

ρb, ρ: khối lƣợng đơn vị của bụi và của môi trƣờng, g/cm3

H: chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm

g: gia tốc trọng trƣờng, m2/s

τ: thời gian rơi, s


- 20 -

2.1.2 Phân loại

1. Dựa vào nguồn gốc phát sinh:

- Bụi tự nhiên

- Bụi nhân tạo.

2. Dựa vào thành phần hóa học:

- Bụi vô cơ:

- Bụi hữu cơ:

3. Dựa vào kích thước hạt:

- Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi rắn có kích thƣớc hạt > 75m.

- Bụi: hạt chất rắn có kích thƣớc nhỏ hơn bụi thô (5 ÷75m) đƣợc hình thành

từ các quá trình cơ khí nhƣ nghiền, tán, đập …

- Khói: gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng đƣợc tạo ra trong quá

trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngƣng tụ có kích thƣớc hạt từ 1 - 5m. Hạt

bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển.

- Khói mịn: gồm những hạt rắn rất mịn, kích thƣớc hạt < 1m

- Sƣơng: hạt chất lỏng có kích thƣớc < 10m. Loại hạt này ở một nồng độ đủ

để làm giảm tầm nhìn thì đƣợc gọi là sƣơng giá.

Những hạt bụi có tác hại nhất đối với sức khỏe con ngƣời là khi chúng có thể

thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp, kích thƣớc < 10m. Ngƣời ta

gọi cỡ bụi này là bụi hô hấp.

2.1.3 Vận tốc giới hạn của hạt bụi:

Vận tốc giới hạn của một hạt bụi có đƣờng kính δ khi rơi trong môi trƣờng

đƣợc xác định theo công thức:

18

)( 2gv b

gh

Khi hạt bụi rơi trong không khí rthì khối lƣợng đơn vị ρ của không khí nhỏ hơn

rất nhiều lần so với khối lƣợng đơn vị ρb của hạt bụi dó đó ngƣời ta có thể bỏ qua

đại lƣợng ρ và công thức trên sẽ trở thành:

18

2gv b

gh

Ta có thể áp dụng công thức trên để tính thời gian và khoảng cách lắng đọng

của bụi trên mặt đất từ một độ cao H nào đó ứng với vận tốc gió cho trƣớc. một số

giả thiết phải đƣa ra để có thể áp dụng công thức trên cho phù hợp:

- Hạt bụi dạng hình cầu và tuân theo định luật Stokes

- Chiều cao H của ống khói đƣợc xem là chiều cao hiệu quả mà tại đó hạt bụi

có vận tốc ban đầu bằng không và bắt đầu rơi tự do trong khí quyển


- 21 -

Hình 2.1: Luồng khói từ nguồn điểm cao trong hệ trục xyz

- Bụi thoát ra khỏi ống khói đƣợc làm nguội tức khắc đến nhiệt độ môi trƣờng

xung quanh.

- Không có xáo trộn mạnh trƣớc và trong khi rơi

Không có tác động qua lại giữa các hạt bụi có kích thức khác nhau.

2.1.4 Chiều cao hiệu quả của ống khói:

Trên hình 2.1 đã thể hiện hình dạng phổ biến của ống khói. Tại miệng ống khói,

nhờ vận tốc phụt, luồng khói có một động năng ban đấu làm cho nó có xu hƣớng

bốc thẳng đứng lên trên. Mặt khác, do nhiệt độ của khói cao hơn nhiệt độ không khí

xung quanh, luồng khói chịu tác dụng của lực “nổi” do chên lệch nhiệt độ gây ra.

Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác động của lực gió theo phƣơng ngang do đó

đỉnh cao nhất của luồng khói sẽ nằm cách miệng ống khói một khoảng cách nhất

định nào đó xuôi theo chiều gió. Khi đạt độ cao ấy tức là lúc động năng ban đầu của

luồng khói đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên cân bằng với nhiệt độ khí

quyển do kết quả của quá trình hoà trộn với không khí xung quanh, luồng khói sẽ

giữ phƣơng nằm ngang song song với chiều gió.

Một số công thức tính độ nâng cao của luồng gió:

1. Công thức của Davidson W.F

Dựa theo kết quả thực nghiệm tiến hành trên ống khí động của Bryant năm

1949, Davidson W.F đã đƣa ra công thức sau đây ÷đƣợc gọi là công thức Bryant

÷Davidson.

mT

T

uDh

khoi

),1()( 4.1

Công thức trên có thể phân biệt thành hai thành phần:

Thành phần độ nâng do vận tốc ban đầu của khói:


- 22 -

mu

Dhv ,)( 4.1

Và thành phần do sức nổi gây ra bởi chên lệch nhiệt độ:

mT

T

uDh

khoi

t ,)( 4.1

Trong các công thức trên:

D- đƣờng kính miệng ống khói, m.

ω- vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s

u - vận tốc gió, m/s

T khoi - nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K.

ΔT - chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, oC hoặc K.

2. Công thức của Bosanquet - carey và Halton:

Công thức của Bosanquet và cộng sự đƣợc dựa trên lý thuyết kết hợp với thực

nghiệm, trong đó độ nâng do động năng và độ nâng do chênh lệch nhiệt độ là hàm

số của khoảng cách x kể từ chân ống khói xuôi theo chiều gió. Các công thức đƣợc

xây dựng cho điều kiện trung tính của khí quyển.

Độ nâng cao do động năng ban đầu:

)8,01(max,

max,x

hhh

v

vv

u

L

uhv

1

max,

43,01

77,4

Độ nâng cao do lực nổi (chênh lệch nhiệt độ):

1

3

1137,6

Tu

zTgLht

Trong đó z là hàm số của X mà:

157,3 L

uxX

Khi

1

1

12 L

T

gTu


- 23 -

Hàm số )(Xfz đƣợc cho dƣới dạng biểu đồ sau:

Độ nâng tổng cộng của luồng khói :

tv hhh

Và chiều cao hiệu quả của ống khói :

hhH 75,0

Trong đó :

L1 ÷lƣu lƣợng khói thải ở nhiệt độ T1, m3/s

T1 ÷nhiệt độ tuyệt đối mà tại đó khối lƣợng đơn vị của khói cân bằng với khối

lƣợng đơn vị của không khí xung quanh (một cách gần đúng có thể xem T1 ≈ Txq)

11 TTT khói - hiệu số giữa nhiệt độ của khói tại miệng khói và nhiệt độ T1.

3. Công thức của Holland :

Dựa vào kết quả khảo sát luồng khói từ những ống khói nhỏ ở vùng Oak Rige,

Holland J.Z. Ủy ban năng lƣợng nguyên tử của Mỹ đã đƣa ra công thức xác định độ nâng

cao của luồng khói, đƣợc gọi là công thức Oak Rige :

uQDh h /)10.1,45,1( 5

Dh, - tính theo m

u - vận tốc gió tính theo m/s

Qh- cƣờng độ nhiệt của luồng khí thải ra môi trƣờng xung quanh:

scaltLCQ ph /,

Trong đó:

Cp- tỷ nhiệt đẳng áp của khói, cal/kg.oC

ρ- khối lƣợng đơn vị của khói, kg/m3

Δt - chênh lệch nhiệt độ của khói và không khí xung quanh, oC

Công thức này nên áp dụng cho điều kiện trung tính của khí quyển. đối với điều kiện

ổn định kết quả tính cần tăng thêm 10 ÷20%, ngƣợc lại trong điều kiện khí quyển không ổn

định thì giảm bớt 10 ÷20%.

X

Z

0 20 40 60 80 100

2

4

6

8


- 24 -

4. Công thức của Briggs G.A.

Các phƣơng pháp hiện đại để xác định độ nâng của luồng khí trong điều kiện khí

quyển ổn định hoàn toàn đáp ứng đƣợc yêu cầu do đó cơ sở lý thuyết khá rõ ràng và có thể

tiến hành quan trắc, đo đạc thực tế tƣơng đối đơn giản để bổ sung cho lý thuyết. trong điều

kiện ổn định, ở giai đoạn đầu của sự phát triển luồng khói dƣới tác dụng của lực nổi, độ rối

bên trong của luồng chiếm ƣu thế so với độ của không khí xung quanh. Tuy nhiên trong

điều kiện trung tính và không ổn định của khí quyển, luồng khói uốn lƣợn nhƣng cuối cùng

cũng đạt đƣợc độ cao mà tại đó độ rối bên ngoài trở nên đáng kể hơn so với độ rối bên

trong luồng . Lúc đó luồng khói ngừng phát triển. Trƣờng hợp này rất phức tạp cho công

việc nghiên cứu và quan sát , tuy nhiên lại là trƣờng hợp khá phổ biến.

Briggs G.A (1975) đã nghiên cứu trƣờng hợp nói trên và đƣa ra công thức sau đây áp

dụng cho điều kiện có tác dụng của lực nổi là chủ yếu:

mxu

Fh ,6,1 3/2

3/1

Trong đó:

F - lực nổi ban đầu của luồng khói đƣợc xác định theo công thức:

342

/,4

smT

TTDgF

khoi

xqkhoi

xf - khoảng cách từ nguồn đến điểm kết thúc độ nâng cao trung bình của luồng khói:

Khi F < 55m4/s

3 thì xf = 50F

0,625

Khi F ≥ 55m4/s

3 thì xf = 120F

0,4

Riêng đối với cấp trung tính của khí quyển, Briggs G.A còn đƣa ra công thức:

mhuu

Fh ,)

.(54.1 3/13/2

*

Trong đó: /* u gọi là vận tốc ma sát. Đối với mặt đất bằng phẳng có thảm cỏ

hoặc trồng trọt nông nghiệp smu /7.06.0*

h: chiều cao thực của ống khói

Trƣờng hợp nghịch nhiệt, công thức Briggs có dạng sau:

mu

Fh ,6.2

3/1

Khi trời đứng gió, độ nâng của luồng khói đƣợc xác định theo công thức:

mz

T

T

gFh ,)(1.5 8/34/1


- 25 -

5. Công thức của M.E. Berliand và của một số tác giả khác của Nga

Căn cứ vào số liệu thực nghiệm và so sánh kết quả tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên

mặt đất, Berliand và cộng sự (1964) đƣa ra công thức xác định độ nâng cao luồng khói nhƣ

sau:

xqTu

TgL

u

Dh

3

1010

6.1875.1

Trong đó: 10u - vận tốc gió đo đƣợc ở cột đo gió trạm khí tƣợng, tức đo ở độ cao

10m.

L - lƣu lƣợng khói thải tại miệng ống khói, m3/s

2.2 BUỒNG LẮNG BỤI VÀ THIẾT BỊ LỌC BỤI QUÁN TÍNH

2.2.1 Buồng lắng.

1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc hoạt động: các hạt bụi đƣợc giữ lại trong buồng lắng dƣới tác dụng

của trọng lực.

Buồng lắng có cấu tạo rất đơn giản: là một không gian hình hộp có tiết diện

ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đƣờng 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 dƣới

tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở trong đó.

Buồng lắng đƣợc áp dụng để lắng bụi thô có kích thƣớc hạt từ 60 - 70μm trở

lên.

2. Lý thuyết tính toán:

a. Một số quy định và giả thiết:

Buồng lắng có cấu tạo hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H và bề rộng

B.

Hình 2.1. Các buồng lắng bụi

1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Xả bụi; 4- Van điều chỉnh; 5- Cửa dọn vệ sinh

a) Buồng lắng đơn giản b) Buồng lắng nhiều sàn

BH


- 26 -

Vận tốc dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng là đều

đặn ÷trƣờng vận tốc của dòng khí trong buồng lắng bụi là không đổi

Hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc bằng vận tốc dòng khí.

Hạt bụi rơi dƣới tác dụng của trọng lực theo phƣơng thẳng đứng khi chạm đƣợc

đáy trƣớc điểm N của buồng lắng coi nhƣ bị giữ lại trong buồng lắng

Nếu L là lƣu lƣợng dòng khí - m3/s thì vận tốc chuyển động ngang u của hạt bụi

sẽ đƣợc xác định theo công thức sau:

BH

Lu , m/s

Thời gian lƣu lại của dòng khí(của bụi) trong buồng lắng:

L

lBH

u

l , s

Khi hạt bụi thuộc bất kỳ loại vật liệu gì có đƣờng kính δ rơi với vận tốc v và đi

đƣợc một đọan h trong thời gian τ xác định thì:

Nếu h < H: hạt bụi bị dòng khí mang theo ra ngoài phạm vi của buồng lắng.

Nếu h ≥ H: tất cả các hạt bụi có kích thƣớc bằng hoặc lớn hơn δ đều bị giữ lại

trong buồng lắng.

Nhƣ vậy tỷ số h/H ứng với các cỡ đƣờng kính khác nhau của hạt bụi thể hiện

đƣợc phần bụi có kích thƣớc đã cho đã bị giữ lại trong buồng lắng và từ đó ta có thể

xác định đƣợc hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng.

Giá trị h có thể xác định theo công thức sau:

TBvh , m

Đối với những hạt bụi có kích thƣớc nhỏ δ < 75µm thì:

18

)( 2gvv b

ghTB

Trong đó:

µ - độ nhớt động lực của môi trƣờng khí, Pa.s

ρb, ρ - khối lƣợng riêng của hạt bụi và của không khí, g/cm3.

g - gia tốc trọng trƣờng, m/s2.

Đƣờng kính bé nhất của hạt bụi hay đƣờng kính giới hạn mà buồng lắng có thề

giữ lại đƣợc toàn bộ là:

gBl

L

gl

uH

bb

o)(

18

)(

18min

Ta có thể phân biệt các trƣờng hợp sau:

Đối với hạt bụi có kích thƣớc bé thì thời gian kể từ lúc bắt đầu rơi đến lúc hạt

bụi đạt vận tốc giới hạn vgh rất ngắn so với thời gian lƣu τ, lúc đó ta có:

vTB = vgh


- 27 -

Đối với hạt bụi có kích thƣớc lớn hơn thì sau một quãng đƣờng không phải là

quá ngắn so với τ hạt bụi mới đạt đƣợc vận tốc rơi giới hạn vgh. Lúc đó quãng

đƣờng hạt bụi rơi cần đƣợc phân thành hai đoạn:

Đoạn đầu là đoạn mà hạt bụi rơi có gia tốc cho đến lúc vận tốc rơi đạt khoảng

99% vgh.

Đoạn tiếp theo là đoạn mà hạt bụi rơi với vận tốc vgh = const cho đến cuối thời

gia τ.

Nếu trong khoảng thời gian τ của dòng khí trong buồng lắng mà những hạt bụi

lớn chƣa kịp đạt vận tốc giới hạn thì toàn bộ đƣờng rơi đƣợc của chúng đều phải

xác định theo vận tốc tức thời:

)1( / Z

ghgh eZvvh

b. Hiệu quả:

Giả thiết rằng mọi cỡ hạt bụi trong dòng khí đi vào buồng lắng đƣợc phân bố

đều đặn trên toàn tiết diện ngang ban đầu của nó, tức là số lƣợng hạt bụi cỡ δ bất kỳ

tỷ lệ thuận theo chiều cao h, do đó nếu gọi η(δ) là hiệu quả lọc của buồng lắng đối

với cỡ hạt δ, ta sẽ có:

%100)(

)( H

h

Trong đó h(δ) là chiều cao ứng với đƣờng kính hạt; δ xác định theo công thức

sau:

glB

hL

b

18

Từ đó ta thu đƣợc biểu thức hiệu quả lắng đối với cỡ hạt δ nhƣ sau:

,%555,5 2

)(

L

glBb

c. Biện pháp nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng :

Muốn nâng cao hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt δ nhất định nào đó thì:

- Một là h(δ) phải tăng trong khi H = const

- Hai là giữ h(δ) không đổi và giảm chiều cao H của buồng lắng vớI điều kiện

đảm bảo năng suất lọc tức lƣu lƣợng khí cần lọc không thay đổi.

Ta có thể thực hiện theo cách thứ 2 bằng cách chia buồng lắng thành nhiều tầng

đều nhau. Chiều cao của mỗi tầng là Hi và lƣu lƣợng đi qua Li đều giàm xuống theo

một tỷ lệ nhƣ nhau.

Hiệu quả lọc sẽ tăng lên n lần:

Ưu điểm: nhờ chia thành nhiều tầng nên kích thƣớc của buồng lắng đƣợc thu

gọn, ít chiếm diện tích nhƣng vẫn lọc đƣợc một lƣu lƣợng khí lớn với hiệu suất lọc

cao.

Nhược điểm: khó dọn vệ sinh khi bụi bám trên các tầng. Đôi khi ngƣời ta phảI

dùng biện pháp phun nƣớc áp lực mạnh để tẩy rửa.


- 28 -

3. Các dạng khác của buồng lắng bụi:

Trong thực tế áp dụng buồng lắng với nguyên lý rơi tự do của hạt bụi trong chế

độ chuyển động chảy tầng của không khí là có nhiều hạn chế là kích thƣớc buồng

lắng lớn, lƣu lƣợng không khí cần lọc không đƣợc nhiều. để khắc phục các nhƣợc

điểm nói trên G.S .V.V Baturin đã đề xuất loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều

ngăn:

Dòng không khí chuyển động theo đƣờng dích dắc từ ngăn này sang ngăn khác,

do đó hạt bụi không những rơi dƣới tác dụng của trọng lực mà còn bị va đập vào

các tấm chắn do lực quán tính gây ra, nhờ đó mà kích thƣớc buồng lắng đƣợc giảm

nhỏ và hiệu quả lắng tăng cao.

Ngoài loại buồng lắng có tấm chắn thành nhiều ngăn, ta còn thấy một số loại

buồng lắng khác tận dụng lực quán tính của nhiều tác giả khác nhau sau đây:

Nhƣ ở hình 2.2a ngƣời ta sử dụng tấm chắn ở cửa gió vào để tạo ra sự thay đổi

đột ngột chiều hƣớng chuyển động của dòng khí, nhờ đó bụi dễ tách ra khỏi dòng

khí và rơi xuống phễu chứa. để giảm bớt tổn thất áp suất, ngƣời ta có thể thay tấm

chắn bằng các ngoặt cong của các ống dẫn khí vào và dẫn khí ra nhƣ ở hình 2.2b

Hình 2.3: Thiết bị lắng bụi quán tính

a –có vách ngăn; b- với chỗ quay khí nhẵn; c- có chóp mở rộng; d- nhập khí ngang hông.

Khí sạch

Bụi Bụi

Khí sạch Khí

bụi

d c b a

Khí

bụi

Bụi

Khí sạch

Khí bụi

Bụi

Khí bụi

Khí sạch

Khí vào Khí ra

Hình 2.2 Buồng lắng có tấm chắn


- 29 -

Buồng lắng có cấu tạo cho ở hình 2.2c, trong đó tốc độ lắng đọng của các hạt

bụi khô đƣợc tăng cƣờng bời dòng khí chuyển động thẳng đứng hƣớng xuống dƣới.

Ống dẫn khí có dạng hình loa với mục đích giảm bớt vận tốc của dòng khí ở sát đáy

buồng lắng để loại trừ khả năng làm cho bụi đã lắng đọng ở đáy phễu bị bốc ngƣợc

trở lên.

2.2.2 Thiết bị lọc bụi quán tính.

Nguyên lý cơ bản: làm thay đổi chiều hƣớng chuyển động của dòng khí một

cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi

dòng khí đổi hƣớng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hƣớng

chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc

mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị.

1. Thiết bị lọc quán tính Venturi:

Khi dòng chảy bị thu hẹp tiết diện thì bụi sẽ bị ép sát vào thành vật cản và lọt

vào các khe 2 để rơi vào bẩy bụi 3. tại đây dòng khí sẽ bị hất ngƣợc trở lên rồi thoát

ra ngoài, còn bụi trong bẫy 3 thì rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị.

2. Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong:

Dòng khí đi qua khe hở giữa các tấm chắn của dãy trƣớc sẽ bị chặn lại bởi các

tấm chắn của dãy đứng sau và do đ1o nó sẽ thay đổi hƣớng chuyển động theo các

gờ hình vòng cung của tấm chắn để đi tiếp đến các dãy tấm chắn tiếp theo. Trong

quá trình thay đổi hƣớng chuyển động, bụi sẽ bị giữ lại trong lòng máng và rơi

xuống phễu chứa bụi của thiết bị. tổn thất cột áp của dòng khí đi qua thiết bị vào

khoảng 10 ÷25Pa.

Hình 2.4: Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính Venturi

Hình 2.5: Thiết bị lọc bụi kiểu màn chắn uốn cong


- 30 -

Xả bụi

Khí đã đƣợc

lọc bụi

Khí mang bụi

Tấm lá

sách

Hình 2.6: Thiết bị lọc bụi quá tính kiểu lá sách

3. Thiết bị lọc quán tính

kiểu lá sách:

Trong thiết bị này có đặt các

tấm chắn song song nhau và

chéo góc với hƣớng chuyển

động ban đầu của dòng khí. Nhờ

sự thay đổi hƣớng chuyển động

của dòng khí một cách đột ngột,

bụi sẽ dồn lại ở ống thoát và

đƣợc xả vào thùng chứa cùng

với khoảng 10% lƣu lƣợng khí

thải.

Ƣu điểm nổi bật của loại

thiết bị này là tổn thất áp suất rất

nhỏ.

Loại thiết bị này thƣờng

đƣợc sử dụng nhƣ một cấp lọc

thô đặt trƣớc cấp lọc tinh khác

nhƣ xiclon, lọc túi vải v.v..

2.3 THIẾT BỊ LỌC BỤI LY TÂM

2.3.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu có cấu tạo khá đơn giản. Thiết bị bao gồm một ống

bao hình trụ bên ngoài 1, bên trong có lõi hình trụ hai đầu bịt tròn và thon 2 để đảm

bảo chảy bọc đƣợc tốt. Không khí mang bụi đi vào thiết bị đƣợc các cánh hƣớng

dòng 3 tạo thành chuyển động xoáy. Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy

tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao

và thoát ra khe hình vành khăn 4 để rơi vào nơi tập trung bụi.

Bụi

Bụi

Khí sạch

thoát ra Khí vào

3 1 2 4 6 5 Quỹ đạo giới hạn

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi kiểu nằm ngang


- 31 -

Không khí sạch theo ống loa 5 với cánh hƣớng dòng kết hợp với van điều chỉnh

6 thoát ra ngoài.

Nhƣ vậy dòng khí đi từ đầu này ra đến đầu kia của thiết bị trên cùng một chiều.

Do đó ngƣời ta còn gọi là thiết bị lọc ly tâm một chiều.

Trên hình 2.7 là các dạng miệng, rãnh hoặc khe thoát bụi và khí sạch của thiết

bị lọc bụi ly tâm nằm ngang:


Sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang để phục vụ tính

toán đƣợc thể hiện ở hình 2.8:

Các kích thƣớc chính của thiết bị:

1r - bán kính lõi hình trụ, m

Khí sạch

a. b.

Khí

sạch

Bụi Bụi

d. c.

Khí sạch

Bụi

Khí

sạch

Tấm chắn hình

vành khăn

Khí sạch Khí

sạch Khí

sạch

Bụi

Bụi

Bụi

e. f. g.

Hình 2.8: Các dạng miệng, rãnh, khe thoát khí


- 32 -

Hình 2.9: Sơ đồ đơn giản của

thiết bị ly tâm nằm ngang

2r - bán kính ống bao hình trụ bên ngoài (vỏ thiết bị), m

l - chiều dài làm việc của thiết bị, m

Ta gọi L là lƣu lƣợng thể tích dòng không khí mang bụi đi vào thiết bị lọc, m3/s

và µ là hệ số nhớt động lực của

không khí ở nhiệt độ t và áp suất khí

quyển.

Dòng không khí đi vào thiết bị

nhờ cánh hƣớng dòng nên có vận tốc

quay là n vòng/s.

Phƣơng trình quỹ đạo của hạt bụi

theo thông số :

)9

2exp( 222

0

nyy b

)( 2

1

2

2 rr

Lx

Với y0 là tung độ ban đầu của hạt

bụi trên trục y tại mặt cắt đầu tiên của

thiết bị.

Khử thông số ta thu đƣợc

phƣơng trình quỹ đạo của hạt bụi

trong hệ trục OXY: Kxeyy 0 với

L

rrnK b

2

1

2

2223

9

2

Đƣờng kính giới hạn của hạt bụi:

)ln()(

5.4

1

2

22

1

2

2

3minr

r

lnrr

L

b

o

, m

δmin có ý nghĩa là đƣờng kính bé

nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc

bằng đƣờng kính này sẽ bị giữ lại

hoàn toàn trong thiết bị lọc và do đó

ngƣời ta còn gọi là đƣờng kính giới hạn của hạt bụi.

Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị:

%1002

1

2

2

22

2)(

rr

rr

Hoặc:

%100

1

)exp(1

2

1

2

)(

r

r


- 33 -

%100)exp(1

)exp(12

2

)(

o

Với:

L

rrlnb

2

1

2

223

9

4

Đƣờng biểu diễn hiệu quả lọc có dạng nhƣ sau:

2.3.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng.

1. Cấu tạo và nguyên lí làm việc

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

thƣờng đƣợc gọi là xiclon có cấu tạo rất đa

dạng, nhƣng về ngyuên tắc cơ bản thì bao

gồm các bộ phận ở hình:

Không khí mang bụi đi vào thiết bị

ống 1 nối theo phƣơng tiếp tuyến với thân

hình trụ đứng 2. Phần dƣới của thân hình

trụ có phiễu 3 và dƣới cùng ống xả 4. Bên

trong hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp

cùng trục đứng với thân hình trụ.

Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phƣơng tiếp

tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy

ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và

khi chậm vào ống đáy hình phiễu, dòng

không khí bị dội ngƣợc trở lên nhƣng vẫn

giữ đƣợc chuyển đông xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống 5 thoát ra ngoài.

Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm

cho chúng có xu hƣớng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chậm vào

100

η(δ)%

δo δmax δ 0

Khí bụi

Khí sạch

1

4

3

2

5

Dk

6a

6b

Hình 2.10: xiclon


- 34 -

đó, bất động năng và rơi xuống đáy phiễu. Trên ống xả 4 ngƣời ta có lắp van 6 để

xả bụi vào thùng chứa.

Thông thƣờng ở đáy phiễu có áp suất âm, do đó khi mở van 6 không khí bên

ngoài sẽ bị hút vào xiclon từ dƣới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắng động ở đáy

phiễu bay ngƣợc lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tác dụng

của việc lọc bụi.

Để tránh tình trạng trên ngƣời ta dùng van kép, trƣớc khi xả bụi ngƣời ta đóng

van 6a rồi mới mở van dƣới 6b.


Sơ đồ tính toán cũng nhƣ các

thành phần vận tốc chuyển động

ttrong xiclon hoàn toàn giống nhƣ

trƣờng hợp thiết bị lọc ly tâm nằm

ngang và do đó mọi công thức đã

rút ra đƣợc đối với thiết bị lọc ly

tâm nằm ngang đều áp dụng đƣợc

cho thiết bị ly tâm kiểu đứng -

xiclon.

Điều khác biệt cần lƣu ý ở

đây là trong công thức thay vì

cho chiều dài l ta dùng chiều cao

làm việc Hp của xiclon:

1hHH p

Trong đó:

H - chiều cao thân hình trụ của xiclon, m.

h1 - chiều cao ống dẫn vào, m.

Vận tốc ban đầu vE của dòng không khí ở ống dẫn vào tại tiết diện a x b’:

'ba

LvE

, m/s

Số vòng quay n của dòng không khí trong thân xiclon:

)(

)17.0(

21 rr

vn E

, vg/s

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng - xiclon có cấu tạo rất đa dạng, tuỳ theo hãng

sản xuất mà kích thƣớc tƣơng đối của chúng rất khác nhau. Mặt khác nhiều tác giả

khác nhau mặc dù cùng dựa trên nguyên lý chung giống nhau nhƣng đƣa ra sơ đồ

tính toán cũng nhƣ cách tiếp cận vấn đề không hoàn toàn giống nhau, do đó có rất

nhiều dạng công thức khác nhau để xác định đƣờng kính giới hạn δo của hạt bụi mà

với đƣờng kính ấy chúng bị giữ lại toàn bộ trong xiclon.

Một số công thức tiêu biểu để xác định δo:

Rosin và cộng sự (1932):

Hx

Khí sạch

Khí bụi

h1

Ht

H

Dk

6a

6b

Hình 2.11: xiclon


- 35 -

)2

1(32r

y

nv

yg

Eb

o

Lapple và cộng sự (1940):

Eb

onv

r

)(3 1

Gardiner:

Eb

onv

rr

)(

)(3 12

Davies (1952):

4

2

12 )(1

)(83

r

r

Hvr

Eb

o

Muchlrad (1954):

)1

1(

3

2

32

4

2ff

f

rnv

gr

oEb

o

Kamenhep P.N (1959):

1

2ln3r

r

n b

Ko

Baturin V.V (1965):

Eb

onv

rr

)(3 12

Trong các công thức trên:

o - đƣờng kính giới hạn của hạt bụi, m.

Hrr ,, 21 - lần lƣợt là bán kính ống trong (ống thoát khí sạch), ống ngoài (vỏ

xiclon) và chiều cao, m.

y - khoảng cách ban đầu của hạt bụi đến thành xiclon, m.

K ,,, - lần lƣợt là hệ số nhớt động lực, hệ số nhớt động, khối lƣợng đơn vị

và trọng lƣợng đơn vị của không khí: Pa.s, m2/s, kg/m

3, kG/m

3.

bb , - khối lƣợng và trọng lƣợng đơn vị của bụi: kg/m3, kG/m3.

Ev - vận tốc không khí ở ống dẫn vào xiclon, m/s.

2/21 rrro - bán kính trung bình ở đầu vào của xiclon, m.

2

1

rr

f - tỷ số bán kính ống trong và ống ngoài của xiclon.

n2 - vận tốc góc của dòng không khí trong xiclon, s-1

.


- 36 -

2.4 LƢỚI LỌC BỤI

2.4.1 Giới thiệu chung.

Các đặc tính quan trọng của lƣới lọc bụi là: hiệu quả lọc, sức cản khí động, thời

gian của chu kì hoạt động trƣớc khi thay mới hoặc hoàn nguyên.

Quá trình lọc trong lƣới lọc bụi có thể chia thành hai giai đọan:

Trong giai đọan đầu xảy ra quá trình giữ bụi trong lớp lƣới sạch, trong lúc đó

xem rằng sự thay đổi cấu trúc của lƣới lọc do bụi bám và do các nguyên nhân khác

là không đáng kể. Giai đọan này gọi là giai đọan ổn định, hiệu quả lọc và sức cản

khí động của lƣới lọc trong giai đọan này đƣợc xem nhƣ không thay đổi theo thời

gian. Giai đọan này thƣờng rất ngắn ngủi

Giai đọan hai của quá trình lọc đƣợc gọi là giai đọan không ổn định do sự thay

đổi cấu trúc của lớp lƣới lọc bởi nhiều hạt bụi bị giữ lại trong đó, ảnh hƣởng của độ

ẩm hoặc bởi các nguyên nhân khác làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc của

lƣới lọc thay đổi rõ rệt.

Với lƣới lọc bụi thì các hạt có đƣờng kính từ 0.1 ÷0.5µm lọt qua lƣới nhiều

nhất, còn các hạt có kích thƣớc lớn hơn hoặc nhỏ hơn lại bị giữ lại. Quá trình giữ

bụi trong lƣới lọc diễn ra trên cơ sở những hiện tƣợng sau đây: Khi dòng khí mang

bụi đi qua lƣới lọc, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra

các tác động tƣơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc. Các tác động tƣơng hỗ này phụ

thuộc vào kích thƣớc , vận tốc của hạt, loại vật liệu lọc cũng nhƣ sự có mặt của lực

tĩnh điện, lực trọng trƣờng…

Các dạng chính của tác động tƣơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc là; va đập

quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lọc:

Ảnh hưởng của kích thước hạt bụi.

Quá trình thu giữ trong lƣới lọc phụ thuộc rất nhiều vào kích thƣớc hạt bụi. Đối

với hạt bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 0.3µm thì hiện tƣợng khuếch tán đóng vai trò chủ

yếu, còn bụi có kích thƣớc lớn hơn thì hiện tƣợng tiếp xúc và va đập quán tính mới

bắt đầu phát huy tác dụng.

Ảnh hưởng của vận tốc khí đi qua lưới lọc.

Vận tốc lọc có ảnh hƣởng trái ngƣợc nhau đối với quá trình thu giữ bụi và do

khuếch tán và do va đập quán tính.

Ảnh hưởng của đường kính sợi vật liệu lọc.

Đƣờng kính của sợi vật liệu lọc cũng có ảnh hƣởng quyết định đối với quá trình

thu giữ bụi do tất cả các tác động gây ra. Ví dụ, hệ số lọt lƣới đối với bụi có

δ=0.65µm qua lƣới lọc có cỡ sợi D=1µm nhỏ hơn 2000 lần so với lƣới lọc có cỡ sợi

D=50µm. Vì vậy để chế tạo lƣới lọc có hiệu quả cao ngƣời ta cố gắng sử dụng loại

vật liệu sợi nhỏ nhất có thể có với độ bền cho phép.

Ảnh hưởng của độ lèn chặt (độ rỗng) của lưới lọc.


- 37 -

Khi độ lèn chặt của vật liệu sợi trong lƣới lọc tăng thì hiệu quả thu giữ bụi do

các tác động va đập quán tính, va chạm tiếp xúc tăng cao đáng kể, trong khi đó hiệu

quả do khuếch tán chỉ thay đổi ít.

2.4.2 Các dạng khác nhau của lƣới lọc bụi:

1. Lưới lọc kiểu tấm.

Kết cấu của loại lƣới lọc này rất đơn giản: gồm một khung hình vuông hoặc chữ

nhật, hai mặt là tấm tôn đục lỗ và ở giữa xếp nhiều tấm lƣới thép chồng lên nhau để

tạo thành nhiều lỗ rỗng zíc zắc. Ngoài lƣới thép, vật liệu đệm có thể đƣợc thay thề

bằng sợi kim loại rối, đệm xốp bằng sợi tổng hợp hoặc khâu sứ, khâu kim loại, khâu

nhựa. Bề dày của vật liệu trong tấm lƣới lọc nằm trong khoảng 50 ÷ 100mm.

Quá trình giữ bụi xảy ra trong lƣới lọc kiểu tấm chủ yếu là dƣới tác động của va

đập quán tính. Để cho bụi không bị cuốn theo dòng khí sau khi đã bám trên sợi lƣới,

ngƣời ta dùng dầu công nghiệp tẩm ƣớt toàn bộ lƣới lọc ÷lúc đó ta có lƣới lọc kiểu

tấm tẩm dầu. Ngoài tác dụng giữ bụi, dầu còn bảo vệ cho lƣới lọc không bị han gỉ.

Sau thời gian sử dụng khoảng 50 ÷ 250h, khi bụi đã bám nhiều làm cho sức cản

khí động của lƣới lọc tăng quá mức cho phép, ngƣời ta làm sạch lƣới lọc bằng cách

rửa trong nƣớc xà phòng, phun nƣớc áp lực cao hoặc hút bụi. Sau đó làm khô và

tẩm dầu mới để dùng tiếp.

Lƣới lọc kiểu tấm thƣờng đƣợc sử dụng để lọc bụi trong không khí thổi vào của

hệ thống thông gió, điều hoà không khí với nồng độ bụi ban đầu không quá 5mg/m3.

2. Lưới lọc tẩm dầu tự rửa.

Loại lƣới lọc này bao gồm những tấm lọc bằng lƣới thép treo trên guồng quay

để tuần tự nhúng các tấm lọc vào một thùng đựng dầu ở phía dƣới của thiết bị, nhờ

thế bụi đã bám vào các tấm lọc sẽ bị rã ra và lắng xuống đáy thùng dầu. Định kỳ xả

cặn trong thùng dầu và bổ sung dầu mới. Tốc độ quay của guồng từ 1,8 ÷ 3,5

mm/ph, cũng có loại tốc độ quay nhanh hơn 1÷ 3 mm/s. Năng suất lọc đạt từ 8000 ÷

10000 m3/m

2h. Sức cản khí động ≈100Pa. Hiệu quả lọc đạt 96 ÷ 98%.

Thiết bị lọc tự rửa đƣợc chế tạo thành đơn nguyên diện tích bề mặt làm việc

khoảng 2 ÷ 2,5 m2. Để có diện tích bề mặt lọc cần thiết, ngƣời ta có thể ghép nhiều

đơn nguyên lại với nhau.

3. Lưới lọc kiểu rulô tự cuộn.

Vật liệu sử dụng cho lƣới lọc kiểu rulô tự cuộn là loại dạ thô, xốp, bề dày 50

mm (ở trạng thái tự do, không bị ép). Tấm vật liệu lọc dài 20 ÷30m đƣợc cuộn

quanh một trục đặt trong hộp bên trên thiết bị lọc và đầu kia đƣợc cài vào trục quay

ở phía dƣới của thiết bị. Trục quay bên dƣới đƣợc truyền động bằng động cơ.

Tấm lọc đƣợc tựa trên dàn lƣới thép căng vào khung của thiết bị tạo thành bề

mặt lọc để dòng khí đi qua luôn luôn ép tấm lọc vào dàn lƣới thép, làm cho tấm lọc

không bị chùng hay bị xé rách.

Trên lƣới lọc bố trí đầu đo (cảm biến) chênh lệch áp suất giữa hai mặt của tấm

lọc. khi chênh lệch áp suất đạt đến giới hạn quy định, động cơ sẽ tự động quay và


- 38 -

cuộn đoạn tấm lọc đã hết khả năng làm việc để trải lên thiết bị một đoạn tấm lọc

mới. Cứ nhƣ vậy cho đến khi toàn bộ cuộc vật liệu lọc đã cuộn hết xuống trục dƣới.

Lúc đó ngƣời ta thay cuộn vật liệu lọc khác.

Lƣới lọc có thể xem thuộc loại thiết bị lọc bụi cấp III, thƣờng đƣợc sử dụng

trong các hệ thống thông gió và điều hoà không khí một cách độc lập hoặc đƣợc sử

dụng nhƣ cấp lọc thô trƣớc các thiết bị lọc cấp II hoặc cấp I.

4. Lưới lọc bằng túi vải hoặc ống tay áo.

Lƣới lọc bằng túi vải có thể liệt vào thiết bị lọc bụi cấp II với hiệu quả lọc có

thể thay đổi trong phạm vi rất rộng từ 10 ÷ 90% đối với cỡ hạt dƣới micrômet.

a. Cấu tạo:

Lƣới lọc bằng túi vải gồm

nhiều túi vải dệt từ các loại sợi

khác nhau nhƣ sợi len, gai, sợi

bông vải, sợi thuỷ tinh lồng

vào khung lƣới thép để bảo vệ.

Trong công nghiệp thƣờng

dùng loại túi vải hình ống và

lắp vào một thiết bị hoàn chỉnh

có kèm các bộ phận cơ giới

hoặc bán cơ giới để giũ bụi và

đƣợc gọi là thiết bị lọc ống tay

áo.

Thiết bị gồm nhiều ống

tay áo có đƣờng kính từ 125 ÷

300mm, chiều cao từ 2 ÷ 3.5m

đầu dƣới đƣợc liên kết vào bản

đáy đục lỗ tròn bằng đƣờng

kính ống tay áo hoặc lồng vào

khung và cố địng đầu trên vào

bản đục lỗ.

b. Nguyên lý hoạt động:

Khí cần lọc đƣợc đƣa vào phễu chứa bụi rồi theo các ống túi vải đi từ trong ra

ngoài hoặc từ ngoài vào trong để đi vào ống góp khí sạch và thoát ra ngoài. Khi bụi

đã bám nhiều trên mặt trong hoặc mặt ngoài của ống tay áo làm cho sức cản của

chúng tăng cao ảnh hƣởng đến năng suất lọc, ngƣời ta tiến hành hoàn nguyên bằng

cách rung để giũ bụi kết hợp với thổi khí ngƣợc từ ngoài vào trong ống tay áo hoặc

phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí đi từ trong ra ngoài ống tay áo.

Sự rung lắc cơ học khi tái sinh có hiệu quả nhất đối với các túi vải theo hƣớng

dọc, nhƣng nhƣ vậy túi vải bị mòn mạnh, đặc biệt ở phần dƣới. Sự rung lắc cần phải

ngắn và đột ngột nhƣng không quá mạnh để tránhnhững lực cơ học lớn tác động vào

vải.

Bụi

Khí bụi

Khí sạch

Hình 2.12: Lọc tay áo

Ống gom khí sạch

Bộ phận giũ bụi

Phễu chứa bụi

Ống tay áo


- 39 -

Công đoạn rung lắc các túi vải theo phƣơng dọc nhƣ sau: nâng thanh treo lên 7

÷ 10 cm, sau đó cho rơi tự do từ độ cao này cùng với túi vải để gây xóc va đập. Việc

nâng và thả túi vải đƣợc lặp đi lặp lại 5 đến 15 lần phụ thuộc vào các tính chất của

bụi. Phƣơng pháp tái sinh này khá hiệu quả và sử dụng cho các vải nặng. Sự dao

động các túi vải nằm ngang thƣờng đƣợc sử dụng cho vải mỏng với bề mặt nhẵn.

Khi tiến hành tái sinh vải, lớp bụi lắng bám bên ngoài bị bong ra và rớt xuống

phễu chứa bụi, nhƣng bên trong vải vẫn còn lại một lƣợng lớn bụi nằm giữa các sợi

và bám trên xơ, do đó khi tái sử dụng thiết bị vẫn giữ đƣợc hiệu suất lọc cao.

Thiết bị lọc đƣợc chế tạo thành nhiều đơn nguyên và lắp ghép nhiều đơn

nguyên để thành một hệ thống có năng suất lọc đáp ứng yêu cầu. Để hệ thống làm

việc đƣợc liên tục, quá trình hoàn nguyên đƣợc tiến hành định kỳ và tuần tự cho

từng đơn nguyên hoặc từng nhóm đơn nguyên trong lúc các đơn nguyên khác trong

hệ thống vẫn làm việc theo chu kì lọc bình thƣờng. Khí thổi ngƣợc hay khí nén phụt

ra trong quá trình hoàn nguyên đƣợc dẫn sang các đơn nguyên khác của hệ thống để

nhập vào với dòng khí cần lọc.

Năng suất và hiệu quả lọc của thiết bị lọc túi vải hoặc ống tay áo phụ thuộc rất

nhiều vào chất liệu vải lọc.

c. Tính toán:

Sức cản của thiết bị lọc không nên vƣợt quá 750 ÷ 1500 Pa và chỉ trong trƣờng

hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 2 ÷ 2.5 kPa. Khi sức cản tăng cao có thể xảy ra

hiện tƣợng nhƣ ống tay áo bị rách đƣờng khâu, bị bật ra khỏi các mối liên kết với

hộp thiết bị...

Để tính một cách gần đúng diện tích bề mặt lọc yêu cầu, cần xác định lƣu lƣợng

tổng cộng của khí đi qua thiết bị lọc.

Diện tích bề mặt lọc (bề mặt của tất cả các ồng tay áo) có thể xác định theo

công thức:

2

221

21 ,mSq

LLSSS

Trong đó:

S1- diện tích bề mặt lọc của tất cả các đơn nguyên cùng làm việc đồng

thời, m2.

S2 ÷diện tích bề mặt vải lọc của các đơn nguyên cần tiến hành chu kỳ

hoàn nguyên, m2.

L1- lƣu lƣợng khí cần lọc có kể đến lƣợng khí thâm nhập vào thiết bị

qua khe hở, m3/ph.

L2 ÷lƣu lƣợng khí thổi giũ bụi, m3/ph có thể nhận

phmSL /,)8.15.1( 3

22

q - năng suất lọc đơn vị của vải lọc, m3/m

2.ph


- 40 -

Trị số q có thể nhận nhƣ sau tuỳ thuộc vào loại vải lọc:

Vải lọc Len hoặc vải bông

sợi

Vải bằng sợi tổng

hợp

Vải bằng sợi thuỷ

tinh

Năng suất lọc đơn

vị q, m3/m

2.ph

0.6 ÷ 1.2 0.5 ÷ 1 0.3 ÷ 0.9

Số lƣợng ống tay áo hoặc số đơn nguyên thiết bị lọc đƣợc xác định theo công

thức:

0S

Sn

Trong đó S0 ÷diện tích bề mặt của một ống tay áo, hoặc bề mặt lọc của một đơn

nguyên một cách tƣơng ứng, m2.

2.5 THIẾT BỊ LỌC BỤI BẰNG ĐIỆN

2.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên

lí làm việc

Thiết bị lọc bụi bằng điện gồm

một dây kim loại nhẵn tiết diện bé 1

đƣợc căn theo trục của ống kim loại

2 nhờ có đối trọng 3.

Dây kim loại đƣợc cách điện

hoàn toàn với các bộ phận xung

quanh tại vị trí 4 và đƣợc nạp điện

một chiều với điện thế cao, khoảng

50000V trở lên. Đó là cực âm của

thiết bị. cực dƣơng là ống kim loại

vao bọc xung quanh cực âm và

đƣợc nối đất. dƣới điện thế cao mà

dây kim loại đƣợc nạp, nó sẽ tạo ra

bên trong ống cực dƣơng một điện

trƣờng mạnh và khi dòng khí mang

bụi đi qua, những phân tử khí trong

dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền

điện tích âm (electron) cho hạt bụi

dƣới các tác động va đập quán tính

và /hoặc khuếch tán ion. Nhờ thế

các hạt bụi bị hút về phía cực dƣơng, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ,

mất tích điện và rơi xuống phiễu chứa bụi 5.

Ngoài loại thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, ngƣời ta còn có thể tạo cực

dƣơng hút bụi bằng các tấm bản đặt song song hai bên các dây cực âm và lúc đó ta

có thiết bị lọc bằng điện kiểu tấm bản.

Bụi

Khí bẩn

Khí sạch

1

2

3

4 5

Hình 2.13. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống

1- Điện cực lắng; 2- Điện cực quầng sáng;

3- Khung; 4- Bộ phận giũ bụi; 5- Cách điện.


- 41 -

Các kiểu thiết bị lọc bụi bằng điện này gọi là loại một vùng, tức là vùng ion hóa

và vùng hút bụi cùng kết hợp làm một. Nhƣợc điểm của loại thiết bị này là đòi hỏi

phải có nguồn điện cao áp 50 ÷100kV. Với điện áp cao nhƣ thế những hiện tƣợng

phụ không mong muốn thƣờng xảy ra nhƣ tạo ra khí NOx, ozon v.v..và khá phức tạp

trong khâu cấp điện. Để tránh những nhƣợc điểm trên, ngƣời ta chế tạo loại thiết bị

lọc bụi hai vùng.

Trong thiết bị lọc bụi hai vùng, nguồn điện có điện thế 220V đƣợc cấp vào bộ

phận nắn dòng và tăng điện áp để tạo thành nguồn điện một chiều với điện áp 13 và

6.5kV. điện áp 13kV đƣợc nối vào điện cực dƣơng bằng dây thép mảnh đƣờng kính

4 ÷8mm đặt cách nhau cỡ 30mm của vùng ion hóa, còn vùng thu bụi là các điện cực

âm dƣơng xen kẽ dƣới dạng tấm bản đặt cách nhau 10mm, cực âm nối đất và cực

dƣơng nối với nguồn điện 6.5kV.

Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bằng điện phụ thuộc chủ yếu vào kích thƣớc của

hạt bụi, cƣờng độ của điện trƣờng và thời gian hạt bụi nằm trong vùng tác dụng của

điện trƣờng.

Hình 2.14: Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm

Tấm bản cực

dương hút bụi


- 42 -

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc

bụi bằng điện hai vùng.

2.5.2 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi

Mặc dù loại thiết bị lọc bụi bằng điện một vùng có những nhƣợc điểm trên

nhƣng đƣợc áp dụng khá phổ biến và các quá trình vật lý xảy ra trong đó cũng dễ

dàng lý giải bằng các mô hình lý hóa do đó chỉ xem xét loại này.

Dƣới một điện áp tới hạn, các phân tử khí hoặc không khí bị ion hóa ở điện cực

nạp điện và phân chia thành các ion dƣơng và âm.

Các ion dƣơng tập trung đậm đặc ở gần điện cực âm và tạo thàng quầng sáng

corona xung quanh điện cực. nếu điện áp đƣợc khống chế dƣới giới hạn nguy hiểm

thì sẽ không xảy ra tia lửa điện gây sự cố và tổn hao năng lƣợng. Các ion khí mang

dấu - sẽ di chuyển về phía cực dƣơng và trên đƣờng chuyển động chúng va đập vào

các hạt bụi làm cho các hạt bụi bị tích điện âm, nhờ đó bụi bị hút vào các bản cực

thu bụi. Quá trình tích điện của những hạt bụi xảy ra rất nhanh do số lƣợng ion dày

đặc và kích thƣớc của chúng nhỏ hơn nhiều so với ngay cả hạt bụi dƣới micromet;

kết quả là hầu hết bụi đƣợc tích điện ngay từ tiết diện vào của thiết bị.

Điện lƣợng mà hạt bụi có thể tích đƣợc tỷ lệ thuận với bình phƣơng của đƣờng

kính hạt.

Điện lƣợng q mà hạt bụi hình cầu đƣờng kính δ tích đƣợc trong điện trƣờng có

cƣờng độ Ec đƣợc xác định theo công thức sau: 2 co Epq

Trong đó: 2

3

D

Dp , D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi.

Đối với đa số loại bụi D nằm trong khoảng 2÷8 và p = 1,5÷ 2,4. Đối với bụi

không dẫn điện có thể lấy p =1,75, bụi kim loại thì D = ∞ và lúc đó p = 3.

o - hệ số thẩm thấu điện, )./(,10.854.8 12 mVCo

cE - cƣờng độ điện trƣờng ion hóa tức độ thay đổi điện áp trên đơn vị chiều dài,

V/m.


- 43 -

q - điện lƣợng, culong (C)

- đƣờng kính hạt bụi, m

Công thức trên áp dụng đối với bụi có đƣờng kính m 5,0 khi quá trình tích

điện của hạt bụi xảy ra dƣới tác động va đập quán tính của ion vào hạt bụi là chủ

yếu.

Đối với bụi có kích thƣớc bé ( m 2,0 ) quá trình tích điện xảy ra chủ yếu là

do khuếch tán ion và luc đó điện lƣợng q của hạt bụi sẽ xác định theo công thức:

eq 810

Trong đó: e - điện tích của electron, e = 1,6.10-19

C

Nhƣ vậy, điện tích cực đại mà hạt bụi có đƣờng kính δ ≥ 0.5µm nhận đƣợc tỷ lệ

thuận với bình phƣơng đƣờng kính, còn hạt bụi với δ dƣới 0.2 µm - tỷ lệ thuận với

đƣờng kính.

Đối với cỡ bụi m 5,02,0 cả hai tác động va đập và khuếch tán đều xảy ra

và tốc độ tích điện nhanh nhất là bụi có m 3,0

Lực tĩnh điện tác dụng lên hạt bụi δ ≥ 0.5µm của điện trƣờng hút Ep: 22 poe EEpF , đối với thiết bị lọc bụi bằng điện một vùng Ep =1.

2.5.3 Phân loại:

Một số loại thiết bị lọc bằng điện là: kiểu ống, kiểu tấm bản, kiểu một vùng,

kiểu hai vùng.

Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu 2 vùng thƣờng đƣợc áp dụng để lọc bụi trong

các hệ thống thông gió, còn kiểu một vùng đƣợc áp dụng rất rộng rãi để lọc bụi

trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp.

Ngoài các kiểu nêu trên, ngƣời ta còn phân biệt các kiểu khác của thiết bị lọc

bụi bằng điện sau đây:

Tuỳ thuộc vào chiều hƣớng chuyển động của dòng khí đi qua thiết bị lọc, ta có

thiết bị lọc kiểu ngang và kiểu đứng.

Về biện pháp làm sạch, thải bụi ra khỏi thiết bị lọc ngƣời ta phân biệt thành loại

khô và ƣớt.

Trong thiết bị lọc bằng điện loại khô, bụi bám trên các điện cực (cả điện cực thu

bụi lẫn điện cực ion hoá) đƣợc làm sạch bằng phƣơng pháp cơ khí nhƣ rung, va đập

để bụi rơi xuống phễu chứa rồi bằng hệ thống bàn cào hoặc trục vít bụi đƣợc thải ra

ngoài.

Trong thiết bị lọc bằng điện loại ƣớt, bụi bám trên các điện cực đƣợc tẩy rửa

bằng cách phun nƣớc, giội nƣớc. Nƣớc có thể đƣợc phun hoặc giội một cách liên

tục hoặc gián đoạn từng chu kỳ. Khi phun nƣớc liên tục, ngƣời ta chú ý tạo thành

màng nƣớc mỏng chảy trên bề mặt của điện cực thu bụi, nhờ thế bụi bị hút vào điện

cực lập tức đƣợc màng nƣớc cuốn trôi xuống thùng chứa mà ít có khả năng bị dòng

khí làm tung ra và mang theo ra ngoài.

2.5.4 Phƣơng trình của thiết bị lọc bụi bằng điện:


- 44 -

Trƣờng hợp thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, bán kính ống cực dƣơng hút bụi

là R, đƣờng kính dây kim loại cực âm ở giữa rất nhỏ so với R ta có thể bỏ qua.

Ta chọn trục x trùng với dây cực âm - trục của ống hình trụ, trục y vuông góc

theo phƣơng bán kính của hình trụ.

Nếu dòng khí chuyển động trong ống với vận tốc trung bình và nhỏ - chế độ

chảy tầng thì trƣờng vận tốc trên mặt cắt ngang của ống sẽ có dạng parabon. Vận

tốc dòng khí chảy dọc theo trục x tại tung đô y bất kì sẽ tính bằng:

)1(2

2

maxR

yvvx ,

Trong đó vmax là vận tốc cực đại ở tại tâm của tiết diện ống, đúng bằng 2 lần vận

tốc trung bình của dòng khí trong ống:

2max 22R

Lvv TB

L là lƣu lƣợng dòng khí đi qua ống.

Chiều dài của ống hình trụ để hạt bụi bị giữ lại rong ống là:

R

Ll

3

4

là vận tốc di chuyển của hạt bụi dƣới tác dụng của lực tĩnh điện.

Khi chuyển động của khí trong ống là chảy rối thì trƣờng vận tốc trên mặt cắt

ngang của ống gần nhƣ là hình chữ nhật, vận tốc ở tâm cũng nhƣ ở xa tâm đều bằng

nhau constR

Lv

2, lúc đó ta có:

R

LvRl

Trong trƣờng hợp thiết bị là kiểu tấm bản, khi tấm bản đặt cách nhau 2a và có

chiều cao là h với chế độ chảy rối của khí ở giữa tấm bản ta có:

h

Lval

2

0 vmax

vx

Hình 2.16: Sơ đồ tính toán thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống


- 45 -

a

a

l

Cx

Co

x dx

Hình 2.17: Sơ đồ tính toán hiệu quả lọc của

thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản

Cần lƣu ý là chuyển động của dòng khí trong thiết bị lọc bụi bằng điện trên thực

tế là mang tính chất chảy rối.

2.5.5 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi bằng điện:

Trƣờng hợp thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản.

Giả thiết rằng sự phân bố nồng độ bụi trên tiết diện ngang của thiết bị là nhƣ

nhau và không phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ vào đến tiết diện xem xét.

Giá trị tuyệt đối của nồng độ bụi dọc theo chiều dàicủa thiết bị giảm dần. mức

độ lọc bụi của thiết bị đƣợc xác định theo trị số trung bình của nồng bộ trên tòan tiết

diện ngang của thiết bị. Ta ký hiệu trị số nồng độ trung bình nói trên tại mặt cắt ở

khoảng cách x tính từ đầu vào của thiết bị là Cx

Co là nồng độ của bụi ở gần bản cực hút bụi có thể biểu diễn dƣới dạng sau:

xo CC

Trong đó:

- hệ số tỷ lệ - hằng số đối với mọi mặt bất kỳ giả thiết rằng quy luật

phân bố nồng độ trên mặt cắt là không thay đổi theo x.

Ta có: )exp(12av

lCC

Trong đó:

C1, C2 ÷nồng độ bụi ban đầu và cuối cùng của khí ở trƣớc và sau bộ

lọc, mg/m3.

l - chiều dài của tấm bản, m.

v - vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản, m/s.

Hiệu quả lọc của thiết bị đƣợc biểu diễn qua nồng độ đầu và cuối của bụi trong

khí đi qua bộ lọc theo biểu thức:

1

21

C

CC

Thay giá trị C2vào biểu thức này ta đƣợc:


- 46 -

)exp(1av

l

Trường hợp thiết bị lọc bụi kiểu ống:

Thay vì khoảng cách a ta sẽ có bán kính R của cực hút bụi hình trụ, còn trục x

là trục của hình trụ và đồng thời đó là cực ion hóa của bộ lọc.

Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống là:

)exp(1Rv

l

2.6 THIẾT BỊ LỌC BỤI KIỂU ƢỚT.

Quá trình lọc bụi trong thiết bị lọc kiểu ƣớt đƣợc dựa trên nguyên lý tiếp xúc

giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải

ra ngoài dƣới dạng cặn bùn. Phƣơng pháp lọc bụi bằng thiết bị lọc kiểu ƣớt có thể

xem là đơn giản nhƣng hiệu quả rất cao

Ưu điểm:

- Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớc dễ chế tạo, giá thành thấp nhƣng hiệu quả lọc bụi

cao

- Có thể lọc bụi có kích thƣớc dƣới 0,1μm

- Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số thiết bị lọc bụi

khác không thể đáp ứng đƣợc nhƣ bộ lọc túi vải, bộ lọc bằng điện.

- Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớc không những lọc bụi mà còn lọc đƣợc khí độc hại

bằng quá trình hấp thụ, bên cạnh đó nó còn đƣợc sử dụng nhƣ thiết bị làm nguội và

làm ẩm khí mà trong nhiều trƣờng hợp trƣớc thiết bị lọc bụi bằng điện phải cần đến

nó.

Nhược điểm:

- Bụi đƣợc thải ra dƣới dạng cặn bùn do đó co thể làm phức tạp cho hệ thống

thoát nƣớc và sử lí nƣớc thải.

- Dòng khí thoát ra từ khí từ thiết bị lọc có độ ẩm cao và có thể mang theo cả

những giọt nƣớc làm han gỉ đƣờng ống, ống khói và các bộ phận khác ở phía sau

thiết bị lọc.

- Trƣờng hợp khí thải có chứa chất ăn mòn cần bảo vệ thiết bị và hệ thống

đƣờng ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và đƣờng ống bằng vật liệu

không han gỉ.

Chất lỏng đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị lọc bụi kiểu ƣớt là nƣớc

Thiết bị lọc bụi kiểu ƣớt đƣợc chia thành các loại sau đây tùy thuộc vào nguyên

lí hoạt động của chúng:

- Buồng phun, buồng rửa khí rỗng

- Thiết bị lọc có lớp điện bằng vật liệu rỗng và đƣợc tƣới ƣớt

- Thiết bị lọc có đĩa sụt khí hoặc đĩa sủi bọt


- 47 -

- Thiết bị lọc có lớp vật liệu hạt di động

- Thiết bị lọc theo nguyên lí va đập quán tính

- Thiêt bị lọc theo nguyên lí ly tâm

- Thiết bị lọc venturi

2.6.1 Buồng phun - Thùng rửa khí rỗng.

Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng đƣợc

sử dụng rất phổ biến để lọc bụi thô trong khí

thải đồng thời để làm nguội khí nhƣ là cấp lọc

chuẩn bị và gia công bụi trƣớc thiết bị lọc bằng

điện nhằm giảm nồng độ bụi ban đầu và điều

chỉnh điện trở suất của bụi.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Nƣớc đƣợc phun từ trên xuống dƣới và

dòng khí đƣợc dẫn ngƣợc chiều từ dƣới lên

trên. Cũng có thể bố trí vòi phun từ bốn phía

xung quanh và phun theo phƣơng ngang vào

dòng khí.

Để dòng khí phân bố đƣợc đều đặn trên tiết

diện ngang của thiết bị, ngƣời ta có bồ trí bộ

phận phân phối khí ở tiết diện vào của dòng

khí.

Nếu các khí cần làm sạch gây tác dụng hóa

học với vỏ thiết bị thì mặt trong vỏ đƣợc lót

lớp bảo vệ là vật liệu bền axit.

Nếu dùng tháp rỗng để làm nguội khí thì nƣớc cấp vào tháp có áp suất cao 20at

qua mỏ phun với lỗ phun có đƣờng kính 1- 2mm. Để tránh tắc vòi phun, nƣớc phải

đƣợc lọc trƣớc.

Nếu dùng tháp rỗng để làm nguội khí và thu bụi thì cƣờng độ phun dịch thể

tăng đến 3 ÷ 5m3 cho 1000m

3 khí.

Mức thu bụi trong tháp rửa rỗng sẽ tăng khi tăng lƣợng dịch thể đƣợc phun vào

vì khi đó tăng bề mặt giọt dịch thể tiếp xúc với các hạt bụi.

Vận tốc dòng khí trong thiết bị khỏang 0.6 ÷1.2 m/s. nếu vận tốc khí lớn hơn

nƣớc có thể bị dòng khí mang theo nhiều mà tấm chắn nƣớc không đủ khả năng để

cản lại

2.6.2 Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng đƣợc tƣới nƣớc.

Thiết bị khử bụi có lớp đệm rỗng đƣợc tƣới nƣớc con gọi là tháp rửa khí hay

(scrubber)

Cấu tạo: gồm một thùng tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên trong có chứa một lớp

đệm bằng vật liệu rỗng và đƣợc tƣới nƣớc. Lớp vật liệu rỗng thƣờng dùng là các

loại khâu có hình dạng khác nhau làm bằng kim loại màu, sứ, nhựa.

Hình2.18. Tháp rửa khí rỗng

1- Khí vào; 2- Khí sạch ra; 3- Chất lỏng

đƣa vào hệ thống phun; 4- Xả bụi


- 48 -

Hình 2.19. Tháp rửa khí có lớp đệm

1- Khí vào; 2- Khí sạch ra; 3- Chất lỏng

đƣa vào hệ thống phun; 4- Xả bụi; 5- Lớp

vl đệm; 6- Tấm đục lỗ

Các thông số kỹ thuật cơ bản của lớp đệm rỗng là:

- Diện tích bề mặt đơn vị Sa ÷diện tích bề mặt tiếp xúc của 1m3 vật liệu rỗng,

m2/m

3.

- Diện tích tiết diện rỗng trên

1m2 tiết diện ngang của lớp vật liệu

rỗng So, m2/m

2, trị số So đồng thời

cũng là thể tích rỗng của 1m3 vật liệu

rỗng, m3/m

3.

- Đƣờng kính tƣơng đƣơng của

lớp vật liệu rỗng: mS

Sd

a

o

td ,4

- Sức cản khí động của lớp vật

liệu rỗng: td

KK

dS

vHp

0

2

2

Trong đó: - hệ số sức cản khí

động của lớp vật liệu rỗng.

Kv - vận tốc khí đi qua

tiết diện sống của lớp vật liệu rỗng,

m/s.

H ÷chiều cao lớp vật

liệu rỗng, m.

K - khối lƣợng đơn vị của khí, kg/m3.

Hệ số sức cản phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí trong thiết bị thông

qua chuẩn số Raynon: aKKKK Sv /4Re

Khi ReK < 80: 85.0Re

400

K

Khi 80< ReK < 400: 45.0Re

70

K

Khi ReK > 400: 2.0Re

5.16

K

Nguyên lý hoạt động: Khí đi từ dƣới lên xuyên qua lớp vật liệu rỗng, khi tiếp

xúc với bề mặt ƣớt của lớp vật liệu rỗng bụi sẽ bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra

ngoài. Một phần bụi bị nƣớc cuốn trôi xuống thùng chứa và đƣợc xả dƣới dạng bùn.

Định kỳ ngƣời ta sẽ rửa lớp vật liệu rỗng.

Nhƣợc điểm của loại thiết bị này là khi vận tốc khí cao thì thiết bị này không

hoạt động đƣợc do có hiện tƣợng sặc nƣớc (nƣớc bị thổi ngƣợc trở lên và có thể

dâng trào vào đƣờng ống thoát khí sạch)


- 49 -

2 3 4 2

1 5 6

khí khí

Hình 2.20: Thiết bị phun nƣớc có lớp đệm rỗng kiểu nằm ngang

1.Vòi phun, 2.Vỏ và khung, 3.Hệ thống tƣới, 4. Phần không tƣới nƣớc của

lớp đệm ÷thay cho tấm chắn nƣớc, 5. Bể chứa cặn bùn, 6. Lớp vật liệu rỗng

Ngoài loại tháp phun kiểu đứng với chuyển động ngƣợc chiều của khí và nƣớc,

ngƣời ta còn chế tạo loại thiết bị phun có lớp vật liệu rỗng kiểu nằm ngang. Lọai

thiết bị này có thể làm việc với vận tốc khí lớn (có thể đạt 10m/s). Do đó kích thƣớc

của thiết bị sẽ đƣợc gọn nhẹ hơn.

Lƣợng nƣớc phun trong thiết bị này thƣờng nằm trong khoảng 0.15÷0.5l/m3.

Hiệu quả lọc đạt 90% đối với cỡ bụi δ >2μm.

Hiệu quả lọc của thiết bị phun nƣớc khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng có

thể đƣợc xác định bằng công thức sau:

Stkd

H

qS onO ))(1(exp(1

Trong đó:

- hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào loại vật liệu rỗng.

do ÷đƣờng kính hoặc kích thƣớc đặc trƣng của các loại khâu dùng làm

vật liệu rỗng.

qn - lƣợng nƣớc bị giữ lại trong lớp vật liệu rỗng

man Sq m3/m

3;

m - bề dày của lớp nƣớc láng ƣớt bề mặt tiếp xúc của lớp vật liệu

rỗng.

Stk - chuẩn số Stoke đối với hệ thống khí và bụi với kích thƣớc đặc

trƣng do của khâu vật liệu rỗng.

oKbK dvStk 18/2

Dƣới đây là trị số do và của các khâu khác nhau: do, mm

- Khâu Raschig, khâu yên ngựa Berl, khâu intalox: 12,7 0,192

- Khâu Berl, khâu Raschig, khâu Pall 25,4 0,19


- 50 -

38,0 0,165

- Than cốc 76 ÷ 127 0,03

2.6.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí )có đĩa chứa nƣớc sủi bọt.

Nguyên lý làm việc: nƣớc

đƣợc cấp vào đĩa vừa đủ để

tạo một lớp nƣớc có bề cao

thích hợp, dòng khí đi từ dƣớc

lên trên qua đĩa đục lỗ, làm

cho lớp nƣớc sủi bọt. Bụi

trong khí tiếp xúc với bề mặt

của bong bóng nƣớc và bị giữ

lại rồi theo nƣớc chảy xuống

thùng chứa.

Đĩa đục lỗ dùng trong thiết

bị là lỗ tròn có đƣờng kính do

= 4÷8mm hoặc rãnh song song

có bề rộng b = 4÷5 mm. Diện

tích sống của đĩa nằm trong

khỏang 0.2÷0.25m2/m

2. khi sử

dụng thiết bị với mục đích vừa

lọc bụi vừa làm nguội khí thì

diện tích sống của đĩa có thể

lên đến 0.4÷0.5m2/m

2.

Thiết bị lọc bụi ƣớt kiểu đĩa sủi bọt có khả năng lọc đựơc bụi có kích thƣớc lớn

hơn hoặc bằng 5µm với hiệu quả lọc tƣơng đối cao.

Hiệu quả lọc bụi của thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nƣớc sủi bọt có thể đƣợc xác

định theo các công thức sau, không những phụ thuộc và chiều cao lớp bọt mà còn

phụ thuộc vào các thông số vật lý của bụi:

Đối với bụi thấm ƣớt:

04,0

2

005,0

2)(]

)([89,0

on

Kb

po

nK

dg

v

hhg

Lv

Đối với bụi khó thấm ƣớt:

235,0

2

005,0

2)(]

)([89,0

on

Kb

po

nK

dg

v

hhg

Lv

Trong đó ngoài các kí hiệu quen thuộc còn có:

oh - chiều cao của lỗ trên đĩa đục lỗ (tức bề dày của đĩa)

Hình 2.21. Tháp sủi bọt

1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Chất lỏng đƣa

vào hệ thống phun; 4- Xả bụi; 5- Lớp chất lỏng sủi

bọt; 6- Đĩa dục lỗ


- 51 -

ph - chiều cao tấm phản xạ, m

od - đƣờng kính của lỗ tròn trên đĩa đục lỗ, m

n - hệ số nhớt động lực của nƣớc, Pa.s

Kv - vận tốc của khí qua tiết diện sống của đĩa đục lỗ, m/s


- 52 -

Chƣơng 3

CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI

3.1.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng

Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình hoà tan chất khí trong chất lỏng khi

chúng tiếp xúc với nhau. Cơ cấu của quá trình này có thể chia làm 3 bƣớc:

- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí không khối khí thải đến bề mặt

chất lỏng hấp thụ.

- Thâm nhập và hoà tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ.

- Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng

khối chất lỏng hấp thụ.

1. Một số vấn đề cơ bản của quá trình trao đổi chất.

Hiện tƣợng dẫn nhiệt trong chất khí là kết quả của sự chuyển động hỗn lọan

của các phân tử khí, làm chúng bị xáo trộn và dẫn tới sự cân bằng năng lƣợng giữa

các phân tử. Nhờ có chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ của nồng độ chất khí

trong hỗn hợp sẽ giảm dần ngay cả khi không có sự can thiệp của ngọai lực nhƣ

khuấy, lắc…

Ta xem xét một hỗn hợp gồm hai

chất A và B trong bình đựng cùng nhiệt

độ và áp suất. số lƣợng phân tử trong

một đơn vị thể tích là n, trong đó nA là

số lƣợng phân tử A và nB là số lƣợng

phân tử chất B, ta sẽ có BA nnn .

Động học chất khí chứng tỏ rằng ở

cùng nhiệt độ và áp suất số lƣợng phân

tử n ở mọi điểm khác nhau của bình là

nhƣ nhau.

Giả thiết rằng số lƣợng phân tử nA

và nB thay đổi theo phƣơng Z, trong đó

nA nhiều hơn ở phía dƣới của bình, còn

nB nhiều hơn ở phía trên của bình. Lúc

đó ta có sự chuyển động của phân tử A

từ dƣới đáy bình đi lên trên và các phân

tử chất B từ bên trên chuyển động xuống dƣới.

Số lƣợng phân tử chất A từ dƣới đi lên qua mặt cắt O-O sẽ đƣợc xác định theo

biểu thức:

dZ

dnDN A

ABA

n = nA + nB

NA

NB

0

Z

Hình 3.1: Biểu diễn quá trình trao đổi

chất của hai chất A và B trong hỗn hợp


- 53 -

Và số lƣợng tử chất B từ trên đi xuống qua mặt cắt O-O sẽ là:

dZ

dnDN B

BAB

Trong đó:

ABD - hệ số khuếch tán của chất A trong hỗn hợp A-B

BAD - hệ số khuếch tán của chất B trong hỗn hợp B-A

dZ

dnA , dZ

dnB - lần lƣợt là gradian mật độ phân tử chất A và B theo

phƣơng Z.

Từ các điều kiện BA nnn và n = const ta rút ra đƣợc:

dZ

dnA = - dZ

dnB

Để đảm bảo điều kiện n = const, số lƣợng phân tử nói chung đi qua mặt phẳng

O-O phải bằng không ( 0 BA NN ). Do đó BAAB DD - tức là hệ số khuếch tán

chất A và chất B trong hỗn hợp A-B là bằng nhau. Vì vậy ta có thể viết ngắn gọn hệ

số khuếch tán là D

Phƣơng trình khuếch tán còn có thể đƣợc biểu diễn qua gradian nồng độ:

dZ

dCDm A

A (định luật Fick)

Trong đó:

mA - dòng khối lƣợng chất A đi qua đơn vị thể tích trong đơn vị thời

gian, kg/m2.s hoặc mol/m

2.s

CA - nồng độ chất A, kg/m3 hoặc mol/m

3.

Z - là khoảng cách, m.

D - hệ số khuếch tán, m2/s.

2. Trao đổi chất và lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng).

Để trao đổi một lƣợng chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ, cần phải

trao đổi các phân tử qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (màng, phim). Các phân tử

đi qua lớp biên từ hai phía, một số từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng. Cƣờng

độ trao đổi thực phụ thuộc vào các yếu tố tác động nhƣ: nhiệt độ, áp suất, nồng độ,

độ hoà tan. Nồng độ phân tử phía chất khí phụ thuộc vào cả hai hiện tƣợng khuếch

tán: khuếch tán rối và khuếch tán phân tử. Thông thƣờng khuếch tán rối có tác dụng

làm cho nồng độ phân tử đƣợc đều đặn trong khối khí còn khuếch tán phân tử có tác

dụng làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên. ở phía chất lỏng cũng

xảy ra hiện tƣợng tƣơng tự nhƣ trên, trong đó khuếch tán rối đƣợc hình thành để giữ

cho nồng độ đƣợc đều đặn trong toàn bộ khối chất lỏng, cón khuếch tán phân tử

dịch chuyển các phân tử đến lớp biên và đi vào pha khí. Nếu các phân tử của khí đi

qua lớp biên và đi vào chất lỏng có phản ứng hoá học với chất lỏng hoặc bị giữ lại

bằng các quá trình vật lý khác làm cho chúng không thể quay trở lại khối khí thì

cƣờng độ trao đổi thực của khí vào chất lỏng sẽ tăng.


- 54 -

Để tiện cho phân tích lý giải, ta xem rằng lớp biên ngăn cách giữa các pha khí

và lỏng gồm có hai lớp: một lớp biên khí và một lớp biên lỏng ÷ngƣời ta gọi đó là

lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng) và đƣợc thể hiện ở hình 3.2.

Cƣờng độ trao đổi chất từ pha này sang pha kia là tỉ lệ thuận theo diện tích tiếp

xúc và thế năng trao đổi chất với hệ số tỉ lệ k đƣợc gọi là hệ số trao đổi chất.

Xét riêng lẻ từng lớp biên ta có thể viết phƣơng trình trao đổi chất nhƣ sau:

Đối với lớp biên khí:

)( AiAGGA ppkN

Đối với lớp biên lỏng:

)( ALAiLA CCkN

Trong đó:

NA - cƣờng độ trao đổi chất của chất A qua đơn vị diện tích của lớp biên,

mol/m2.h hoặc kg/m

2.h.

pAG - áp suất riêng của chất khí A trong khối khí(ở cách xa lớp biên), atm hoặc

mmHg.

pAi - áp suất riêng của chất khí A thuộc pha khí trong lớp biên khí trên bề mặt

chất lỏng, atm hoặc mmHg.

CAi - nồng độ chất A thuộc pha lỏng trong lớp biên chất lỏng, kg/m3 hoặc g/l.

CAL - nồng độ chất A thuộc pha lỏng trong khối chất lỏng (cách xa lớp biên

lỏng), kg/m3 hoặc g/l.

kG - hệ số trao đổi chất thuộc pha khí của lớp biên khí tính theo chênh lệch áp

suất riêng, mol/m2.h.atm hoặc kg/m

2.h.atm, kg/m

2.h.mmHg.

kL - hệ số trao đổi chất của lớp biên chất lỏng tính theo chênh lệch nồng độ,

mol/m2.h.kg/m

3 hoặc kg/m

2.h.kg/m

3 ÷m/h.

3. Các phương trình của quá trình hấp thụ:

Hấp thụ khí là thu một chất khí hoặc hơi bằng chất lỏng nhờ các quá trình vật

lý và hoá học. Trong quá trình hấp thụ, chất bị hấp thụ đƣợc hoà tan vào trong pha

lỏng - chất hấp thụ.

Pha khí

Pha lỏng

Khuếch tán phân tử

Khuếch tán phân tử Lớp biên khí

Lớp biên chất lỏng

yAi

yAG pAG

pAi

xAi CAi

xAL CAL

Hình 3.2: Mô hình hai lớp biên ngăn cách giữa hai pha khí và lỏng


- 55 -

Để hấp thụ đƣợc chất ô nhiễm, các phân tử chất ô nhiễm cần đƣợc khuếch tán

đến bề mặt lớp biên ngăn cách, đi qua cả hai lớp biên khí và lỏng và cuối cùng thâm

nhập vào khối chất lỏng. Có nghĩa là cƣờng độ trao đổi thực của phân tử qua mỗi

lớp biên là nhƣ nhau, do đó ta có:

)()( ALAiLAiAGGA CCkppkN

Phƣơng trình trên còn có thể đƣợc biểu diễn qua chênh lệch của tỷ suất mol của

chất khí cần hấp thụ trong pha khí cũng nhƣ trong pha lỏng:

)()( ALAixAiAGyA xxkyykN

Trong đó:

AiAG yy , - lần lƣợt là tỷ suất mol của chất A trong khối khí và trong lớp biên

khí ở sát bề mặt ngăn cách.

AiAL xx , - lần lƣợt là tỷ suất mol của chất A trong khối chất lỏng và trong lớp

biên chất lỏng ở sát bề mặt ngăn cách.

yx kk , - lần lƣợt là hệ số trao đổi chất của lớp biên lỏng và lớp biên khí tính

theo chênh lệch tỷ suất mol, mol/m2.h.

Tỷ suất mol là tỉ số giữa số mol chất khí A trên tổng số mol của cả chất A và B

trong hỗn hợp khí A - B. Đối với pha lỏng: đó là tỷ số giữa số mol của chất khí A

trên tổng số mol của dung môi và chất hoà tan.

Nồng độ C, áp suất p, áp suất toàn phần P và tỷ suất mol có liên quan chặt chẽ

với nhau ( Pyp ii ), do đó:

LMx kk và Gy Pkk

Trong đó:

M - Khối lƣợng đơn vị của pha lỏng.

P - Áp suất toàn phần của pha khí.

Trong quá trình hấp thụ bằng chất lỏng, chất ô nhiễm hoà tan A cần đƣợc

khuếch tán ra khỏi pha khí và thâm nhập vào pha lỏng, chúng thƣờng đƣợc giả thiết

rằng hai pha khí và lỏng trong hai lớp biên luôn luôn ở trạng thái cân bằng trên tất

cả các điểm của bề mặt tiếp xúc và không có một trở lực nào đáng kể xảy ra đối với

quá trình khuếch tán giữa hai lớp biên của bề mặt tiếp xúc. Kết quả là các đại lƣợng

CAi, pAi hoặc xAi và yAi luôn nằm trong mối quan hệ cân bằng. Điều đó có nghĩa là

từng cặp các đại lƣợng CAi và pAi, xAi và yAi trong công thức… nếu biết đại lƣợng

này thì xác định đƣợc đại lƣợng kia. Trong lúc đó các đại lƣợng yAG trong khối khí

và xAL trong khối chất lỏng không ở trạng thái cân bằng vì rằng nếu ở trạng thái cân

bằng thì quá trình khuếch tán sẽ không xảy ra nữa.

Nồng độ A trong pha khí giảm rất nhanh từ yAG đến yAi ở tại điểm sát bề mặt

ngăn cách. Trên bề mặt ngăn cách yAi và xAi ở trạng thái cân bằng. Trong pha lỏng

nồng độ chất A thể hiện qua tỷ suất mol xA cũng nhanh chóng từ trị số xAi trên bề

mặt ngăn cách đến trị số xAL trong lòng khối chất lỏng.


- 56 -

4. Tính toán thiết bị hấp thụ:

Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc càng lớn càng tốt giữa hai

pha khí và lỏng. Có rất nhiều kiểu khác nhau của thiết bị hấp thụ, nhƣng có thể phân

chia làm bốn loại chính sau:

- Buồng phun, tháp phun: trong đó chất lỏng đƣợc phun thành giọt nhỏ trong

thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua.

- Thiết bị sục khí: khí đƣợc phân tán dƣới dạng bong bóng đi qua lớp chất

lỏng. Quá trình phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm

đục lỗ hoặc bằng cánh khuấy cơ học.

- Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: khí đi qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nƣớc

mỏng.

- Thiết bị hấp thụ có lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Chất lỏng đƣợc tƣới trên lớp

đệm rỗng và chảy xuống dƣới tạo ra bề mặt ƣớt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc

khi đi qua.

Lý thuyết tính toán thiết bị hấp thụ thông thƣờng đƣợc tiến hành đối với loại

thiết bị có lớp đệm rỗng và chuyển động ngƣợc chiều với dòng khí và chất lỏng.

Chất lỏng (chất hấp thụ) chảy từ trên xuống dƣới và dòng khí đƣợc thổi từ dƣới lên

trên.

Các số liệu ban đầu:

- Khí giàu chất ô nhiễm đi

vào tháp với lƣu lƣợng G1,

mol/m2.h chứa chất A với tỷ suất

mol y1.

- Tỷ suất mol của chất A

trong khí sau xử lý thoát ra ngoài

cần đạt là y2.

- Tỷ suất mol của chất A có

trong chất lỏng hấp thụ ở đầu vào

x2.

- Quan hệ giữa y*, x* trên

đƣờng cong cân bằng.

Nhiệm vụ tính toán là xác

định chiều cao ZT của tháp và lƣu

lƣợng chất lỏng hấp thụ L2 cần

đƣợc tƣới vào tháp để đạt đƣợc

yêu cầu đề ra với mong muốn sao

cho L2 nhỏ nhất có thể đƣợc.

Trong pha khí và pha lỏng

đều gồm hai thành phần: khí trơ và khí A và chất lỏng trơ (dung môi) và khí A (chất

hoà tan). G và L là lƣu lƣợng tổng bao gồm cả phần khí trơ hoặc chất lỏng trơ cộng

với chất A. Nhƣ vậy G và L thay đổi theo từng vị trí trên chiều cao tháp vì có sự di

G L

x y

Khí ra

G2, y2

Chất lỏng vào

L2, x2

Chất lỏng ra

L1, x1

Khí vào

G1, y1

1 1

2 2

ZT

Z

dz

Hình 3.3: Sơ đồ tính toán tháp hấp thụ.


- 57 -

chuyển của khí A từ pha khí sang pha lỏng, trong lúc đó phần trơ là hằng số. Ta kí

hiệu phần trơ một cách tƣơng ứng là G’ và L’.

Mối quan hệ giữa tỷ suất mol (x, y) với tỷ số mol (X, Y) rất thƣờng gặp trong

tính toán hấp thụ. Nếu gọi SMA và SMB là số lƣợng mol của chất A và chất B (phần

trơ) trong mỗi pha ta có:

x hoặc yBA

A

SMSM

SM

X hoặc YB

A

SM

SM

X

Xx

1 ;

Y

Yy

1

x

xX

1 ;

y

yY

1

Trên hình 3.4 các điểm B(x1, y1) và C(x2, y2) là các điểm biểu diễn trạng thái

của hệ thống khí - chất lỏng một cách tƣơng ứng ở các mặt cắt 1- 1, 2 - 2 của tháp;

điểm Q là điểm đặc trƣng cho hệ thống tại một số vị trí bất kỳ nào đó của tháp, còn

điểm M là đặc trƣng cho thành phần các pha trên bề mặt ngăn cách (lớp biên). Động

lực của quá trình trao đổi chất tỷ lệ theo đoạn thẳng QM.

Điểm Q luôn luôn nằm về phía trên đƣờng cân bằng. Khi điểm Q tiến gần điểm

M thì động lực của quá trình tiến đến triệt tiêu. Khi Q và m trùng nhau tại một vị trí

nào đó của tháp thì quá trình trao đổi chất chấm dứt bởi vì từ vị trí đó trở đi hai pha

của hệ thống ở trạng thái cân bằng. Để xác định trị số min của L’ ta cần thiết lập

phƣơng trình cân bằng vật chất đối với chất A trong tháp hấp thụ.

Trên toàn bộ tháp ta có: 22111122 yGxLyGxL

x1

B’ B

C

Q

M

y1

y

y2

x *

1xx2

Đƣờng cân bằng

Đƣờng làm

việc

(L’/G’)min

Hình 3.4: Đƣờng cong cân bằng và

đƣờng làm việc của tháp hấp thụ


- 58 -

Trong đó: (G1, L1) và (G2, L2) là lƣu lƣợng hoặc cƣờng độ dòng mol của pha

khí và pha lỏng ở đáy và đỉnh của tháp.

Tại tọa độ Z bất kỳ của tháp lƣu lƣợng của các pha là G và L. Lúc đó phƣơng

trình cân bằng giữa lƣợng mol chất A đi vào và đi ra khỏi phần trên của tháp với tọa

độ Z sẽ là :

22111122 yGxLyGxL

Sau khi chuyển đổi các số hạng ta đƣợc :

)(1

12 LxGyG

xG

Ly

Trên hệ trục x - y phƣơng trình trên là một đƣờng cong (là đƣờng thẳng nếu G

và L là hằng số trên toàn bộ chiều cao của tháp) thể hiện mối quan hệ của thành

phần khí A trong các dòng khí và dòng chất lỏng. Đƣờng biểu diễn ấy đƣợc gọi là

dđƣờng thao tác hay đƣờng làm việc . Trạng thái của các pha ở đáy và đỉnh của tháp

(x1, y1) và (x2, y2) chính là điểm đầu và cuối của đƣờng làm việc (B, C)

Để vẽ đƣợc đƣờng làm việc, ta cần biết G và L tại mỗi điểm trên chiều cao của

tháp. Trong trƣờng hợp hấp thụ, chỉ có chất A đƣợc trao đổi giữa các pha, ta có:

y

GG

1

',

x

LL

1

'

Trong đó, G’ và L’ là hằng số.

Ta cũng có thể lập luận: 2

21

'

y

GG

và

2

21

'

x

LL

Do đó ta có đẳng thức :

)11

(')11

('2

2

2

2

y

y

y

yG

x

x

x

xL

Nếu tỷ suất mol của chất A trong mỗi pha là tƣơng đối bé thì 'GG và 'LL .

Lúc đó đƣờng làm việc là một đƣờng thẳng có độ dốc là L’/G’.

Ta xét hai đƣờng làm việc trên hình 3.4 ứng với các trƣờng hợp L/G thay đổi

dọc theo chiều cao của tháp. Tỷ số L/G càng lớn thì đƣờng làm việc càng dốc đứng

và và động lực của quá trình càng lớn. Ứng với G cho trƣớc, nếu L càng nhỏ thì độ

dốc của đƣờng làm việc càng nhỏ, tức đƣờng làm việc càng có xu hƣớng nằm

nghiêng thoai thoải. Trong trƣờng hợp này nếu điểm C(x2, y2) đã đƣợc ấn định

trƣớc (theo yêu cầu xử lý) thì điểm đầu tức là điểm B của đƣờng làm việc sẽ tiến

gần đến điểm cân bằng, tức là x1 tăng, L giảm, kéo theo là động lực của quá trình

giảm và do đó đòi hỏi tháp phải có kích thƣớc lớn mới đảm bảo yêu cầu khử khí đã

cho. Giới hạn cực đại x1và cực tiểu của L có thể đạt đƣợc khi điểm B tiến sát đƣờng

cân bằng - điểm B’. Tại đó các pha trong thiết bị hấp thụ sẽ cân bằng và quá trình

hấp thụ sẽ không thể xảy ra cho dù tháp có kích thƣớc vô cùng lớn.

Ta có thể xác định giới hạn cực tiểu của L’/G’ bằng cách thay y = y1 và x = x1*

vào trong phƣơng trình, trong đó x1* là hoành độ của điểm B’ nằm trên đƣờng cân

bằng ứng với tung độ y1.


- 59 -

Giới hạn cực tiểu (L’/G’)min ứng với điểm B’ là điểm mà tại đó động lực của

quá trình triệt tiêu và quá trình trao đổi chất không thể xảy ra. Do đó trị số

L’/G’thực tế phải lớn hơn giới hạn (L’/G’)min. Nếu L’/G’ lớn hơn nhƣng sát với

(L’/G’)min thì kích thƣớc của tháp vẫn rất lớn. Còn nếu L’/G’ lớn hơn càng nhiều so

với (L’/G’)min thì khoảng cách giữa đƣờng làm việc và đƣờng cân bằng càng lớn,

động lực của quá trình càng lớn, kích thƣớc của tháp càng nhỏ, nhƣng lúc đó lƣu

lƣợng của pha lỏng càng lớn, kéo theo chi phí càng nhiều điện năng cho bơm cấp

chất lỏng hấp thụ. Đây là vấn đề so sánh kinh tế giữa các phƣơng án giữa kinh phí

đấu tƣ ban đầu cho thiết bị và kinh phí vận hành. Thông thƣờng trị số L’/G’ hợp lý

đƣợc nhận bằng 1,3 ÷1,7 lần giới hạn cực tiểu (L’/G’)min.

Giả thiết L’ cho trƣớc, vấn đề đặt ra là cần xác định chiều cao ZT của tháp.

ZT đƣợc tính theo các công thức sau:

1

2*))(1(

)(

y

yy

Tyyy

dy

aK

GZ

1

2)*)(1(

)(

x

xx

Txxx

dx

aK

LZ

1

2*))(1(

)(

y

yG

Tyyy

dy

aPK

GZ

1

2)*)(1(

)(

x

xML

Txxx

dx

aK

LZ

Trong đó:

yG KK , - hệ số trao đổi chất tổng cục bộ của pha khí ứng với chênh lệch

áp suất và chênh lệch tỷ suất mol.

xL KK , - hệ số trao đổi chất tổng cục bộ của pha lỏng ứng với chênh lệch

áp suất và chênh lệch tỷ suất mol.

a - diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha quy về cho 1 đơn vị thể tích

(1m3) của lớp đệm bằng vật liệu rỗng.

Ppy / , với p là áp suất riêng phần, P là áp suất toàn phần.

MCx / , trong đó C là nồng độ tính theo đơn vị kg/m3 hoặc g/l. M là

khối lƣợng đơn vị của pha lỏng, kg/m3

hoặc g/l.

5. Các chất hấp thụ cần dùng để khử các loại khí độc hại khác nhau:

Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phƣơng pháp hấp thụ, nƣớc là loại chất

hấp thụ sẳn có, giá rẻ và thuận tiện nhất. Tuy nhiên nƣớc chỉ hấp thụ đƣợc một số ít

loại khí độc hại, hơn nửa mức độ hấp thụ vật lý của nƣớc cũng bị hạn chế. Trong

nhiều trƣờng hợp ngƣới ta phải áp dụng phƣơng pháp hấp thụ hóa học bằng các loại

dung dịch hóa chất khác nhau tùy theo chất độc hại cần khử:


- 60 -

Bảng 3.1:Một số chất hấp phụ phổ biến trong xử lý khí độc hại

Khí độc hại cần khử Chất hấp thụ

Oxit của nitơ: N2O3, NO2, N2O5 Dung dịch nƣớc và chất huyền phù: NaOH,

Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, KHCO3,

Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2,

BaCO3, NH4HCO3

NO Dung dịch FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3,

NaHCO3, NaHSO3.

SO2 Nƣớc, dung dịch nƣớc:Na2SO3 (18%÷25%),

NH4OH (5÷15%), Ca(OH)2 (15÷20%), NaOH

(15÷25%), KOH, (NH4)2SO3 (20÷25%), ZnSO3,

K2CO3, CaCO3, MgO, ZnO, dung dịch xiliđin-

nƣớc 1:1, (CH3)2C6H3NH2 ÷nƣớc, đimetylanilin

C6H5N(CH3)2

H2S Dung dịch nƣớc Na2CO3 + Na3AsO4 (Na2HASO3);

dung dịch nƣớc AsO3 (8÷10g/l) + NH3(1.2÷1.5g/l)

+ (NH4)3AsO3 (3.5÷6g/l); dung dịch

monoetanolamin (10 ÷ 15%); dung dịch K3PO4

(40 ÷ 50%), NH4OH, K2CO3, Na2CO3, CaCN2

CO Nitơ lỏng, dung dịch [Cu(NH3)]n, COCH

CO2 Dung dịch Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH,

Ca(OH)2, NH4(OH), etanolamin RNH2, R2NH4

Cl2 Dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3,

Na2S2O3, CCL4

Hơi, sƣơng HCl Nƣớc, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3,

K2CO3.

Hợp chất flo: HF, SiF4 Nƣớc, dung dịch Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2

3.1.2 Hấp phụ khí bằng vật liệu rắn

1. Giới thiệu chung.

Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một

số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong

quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của

vật liệu rắn. vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ, còn chất

khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.

Quá trình hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trong

môi trƣờng 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 trong khí thải.

Quá trình hấp phụ thƣờng đƣợc áp dụng rất phù hợp cho các trƣờng hợp sau:


- 61 -

- Chất khí ô nhiễm không cháy đƣợc hoặc khó cháy.

- Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi.

- Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khác

không thể áp dụng đƣợc.

Quá trình hấp phụ đƣợc chia làm hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

a. Hấp phụ vật lý:

Các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ có lực liên kết giữa các

phân tử (lực Vander waals).

Hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt. lƣợng hiệt tỏa ra phụ thuộc vào cƣờng độ liên

kết phân tử và tƣơng đƣơng với entanpy (nhiệt) ngƣng tụ của hơi, khí. Lƣợng nhiệt

đó nằm trong khỏang từ 2 ÷20kJ/g.mol

Ưu điểm:

- Là quá trình thuận nghịch. Bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần

hấp phụ hay thay đổi nhiệt độ, khí đã bị hấp phụ nhanh chóng đƣợc nhả ra mà bản

chất hóa học của nó không hề bị thay đổi.

- Tính thuận nghịch của quá trình vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần

thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hòan nguyên chất hấp phụ đã bão

hòa.

- Lƣợng khí bị hấp phụ giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng và tỷ lệ thuận với

diện tích bề mặt của chất hấp phụ.

- Tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh

b. Hấp phụ hóa học:

Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và

vật liệu hấp phụ

Một số đặc điểm khác biệt giữa hấp phụ hóa học so với hấp phụ vật lý:

- Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận nghịch.

- Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản

chất hóa học của khí bị thay đổi.

- Lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lý. Do đó,

lƣợng nhiệt tỏa ra nhiều hơn.

2. Vật liệu hấp phụ

Chất hấp phụ là các loại vật liệu dạng hạt từ 6 - 10 mm xuống đến cỡ 200µm

có độ rỗng lớn đƣợc hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối

vật liệu.

Đƣờng kính của mao quản chỉ lớn hơn một số ít lần đƣờng kính phân tử của

chất cần hấp phụ thì vật liệu hấp phụ mới có tác dụng tốt. Do chứa nhiều mao quản,

nên bề mặt tiếp xúc của vật liệu tƣơng đối lớn. Ví dụ than hoạt tính có bề mặt hiệu

quả lên đến 105–10

6 m

2/kg. Ngoài bề mặt tiếp xúc ra, vật liệu hấp phụ cần có một

số tính chất hoá học cần thiết phụ thuộc vào thành phần hóa học cuả chúng. Ví dụ


- 62 -

than hoạt tính có ái lực mạnh với hydrocacbon, trong lúc silicagel có tính hút nƣớc

rất mạnh. Than hoạt tính và silicagel đều có khả năng phục hồi (hoàn nguyên).

Kích thƣớc lỗ rỗng (đƣờng kính mao quản) đóng vai trò quan trọng làm cho vật

liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ chất này hoặc chất khác tức có tính lựa chọn. ví

dụ nhƣ nếu đƣờng kính mao quản là 0,003µm thì vật liệu có thể hấp phụ các chất

nhƣ H2O, NH3. Nếu đƣờng kính tăng lên đến 0,004µm, các loại phân tử lớn hơn

nhƣ CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6 và C2H5OH đều có thể bị hấp phụ. Khi đƣờng kính

mao quản 0,005µm vật liệu còn hấp phụ đƣợc parafin và các hydrocacbon mạch

vòng.

Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các nhu cầu sau đây:

- Có khả năng hấp phụ cao

- Có phạm vi tác dụng rộng - khử đƣợc nhiều loại chất khác nhau

- Có độ bền cơ học cần thiết

- Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng

- Giá thành rẻ

Vật liệu hấp phụ có thể được chia thành 3 nhóm chính:

- Vật liệu không có cực: trên bề mặt cuả chúng xảy ra chủ yếu là hấp phụ vật

lý

- Vật liệu có cực: trên bề mặt cuả chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học

nhƣng không làm thay đổi cấu trúc phân tử chất bị hấp phụ cũng nhƣ cấu trúc bề

mặt của vật liệu hấp phụ.

- Vật liệu mà trên bề mặt cuả chúng xảy ra quá trình hấp phụ hoá học và quá

trình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử chất bị hấp phụ.

Một số vật liệu hấp phụ phổ biến.

a. Than hoạt tính

Là vật liệu hoàn toàn cấu tạo bởi 1 dạng nguyên tử trung tính có các diện tích

phân bố đều trên bề mặt. Bề mặt hiệu quả lên đến 105 – 106 m2/kg.

Than hoạt tính đƣợc chế tạo từ những nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau có

chứa thành phần carbon nhƣ: than, xenlulose, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, nứa, mùn cƣa,

vỏ trấu.

Thành phần chính của than hoạt tính là C. Ngoài ra, than hoạt tính còn có chứa

các nguyên tố khác chủ yếu là các kim loại ở dạng oxít, O2, H2 đƣợc hình thành do

quá trình than hoá và hoạt hoá tạo nên các phức chất chứa O2 đƣợc gọi là các oxít

bề mặt hay các nhóm chức bề mặt.

Than hoạt tính gồm có bốn dạng:

- Than hoạt tính dạng hạt (GAC) có kích thƣớc từ 0.2 đến 5mm. (hình a.)

- Than hoạt tính dạng bột (PAC) có kích thƣớc thƣớng nhỏ hơn 0.18mm.

(hình b.)

- Than hoạt tính vải. (hình c)

- Than hoạt tính viên: có dạng hình trụ, đƣờng kính từ 0,8 đến 5mm. (hình d.)


- 63 -

Đặc điểm và tính chất của than.

- Tốc độ hấp phụ tăng khi kích thƣớc hạt giảm.

- Diện tích bề mặt càng lớn thì dung lƣợng hấp phụ càng lớn.

Than bột:

- Diện tích bề mặt không lớn lắm.

- Độ xốp cao.

- Thƣờng sử dụng để hấp phụ trong pha lỏng.

Than hạt:

- Độ bề cơ học cao.

- Diện tích bề mặt và dung lƣợng hấp phụ lớn.

- Thƣờng dùng hấp phụ khí, khử mùi.

Than vải:

- Hấp phụ nhanh.

- Độ lọc tinh khiết cao.

- Nhẹ và dễ co giãn.

- Có màng bán thấm cho phép sợi vải dễ trao đổi chất.

- Mang các tính chất của sợi vải.

- Thời gian sử dụng lâu, có thể tái sinh và giặt.

- Có hiệu quả ở những ứng dụng ƣớt.

Than hoạt tính viên:

a. b.

c. d.


- 64 -

- Thƣờng sử dụng trong hấp phụ các pha khí.

- Chịu áp lực kém.

- Độ bền cơ học cao.

- Dung lƣợng hấp phụ bụi thấp

Với những đặc điểm về đƣờng kính mao quản than hoạt tính đƣợc sử dụng để

hấp phụ các chất sau:

- Hơi axit, rƣợu, benzen, toluel etylaxetat với mức hấp phụ bằng 50% trọng

lƣợng bản thân.

- Axeton, acrolein, Cl, H2S với mức 10-25%

- CO2, etylen: mức độ thấp

- Mùi và hầu hết các khí

Than hoạt tính vải đƣợc ứng dụng làm:

- Làm quần áo chống thƣơng bảo vệ con ngƣời khỏi các tác nhân hoá học,

sinh học, hạt nhân.

- Làm mặt nạ, khẩu trang chống độc

b. Silicagel .

Silicagel là một chất hấp phụ có thành

phần hoá học chủ yếu là silic oxít có cấu trúc

rất xốp.

Silicagel hạt chứa rất nhiều quả cầu SiO2

nhỏ, các quả cầu nhỏ SiO2 tụ lại với nhau, sắp

xếp không theo một trật tự nào về mặt hình

học. Khoảng không gian giữa các quả cầu nhỏ

chính là lỗ xốp, tổng diện tích bề mặt ngoài

của các quả cầu nhỏ là diện tích bề mặt của

silicagel. Độ xốp của silicagel có thể đạt đến 50-60%, diện tích bề mặt của một số

loại đạt tới 800m2/g.

Sản phẩm silicagel lƣu hành trên thị trƣờng đƣợc chia làm hai loại:

- Mao quản lớn: thƣờng dùng để làm chất hấp phụ trong phân tích sắc kí (sắc

kí khí, bản mỏng, sắc kí rắn-lỏng, sắc kí cao áp, loại này trƣớc khi sử dụng thƣờng

đƣợc biến tính bề mặt.

- Mao quản nhỏ: có dung lƣợng hấp phụ lớn hơn mao quản lớn.

Đặc điểm:

- Silicagel đƣợc ứng dụng ở dạng hạt có kích thƣớc từ 0.2 đến 0.7mm.

- Bề mặt tiếp xúc của silicagel là 600m2/g.

- Chất hấp phụ phân cực ƣa nƣớc

Ƣu điểm:

- Không dễ cháy.

- Chi phí hoàn nguyên thấp hơn các chất hấp phụ khoáng chất khác.


- 65 -

- Độ bền cơ học (chịu mài mòn, chịu nén) tƣơng đối cao.

- Giá thành thấp khi sản xuất nhiều.

Silicagel đƣợc sử dụng chủ yếu:

- Làm chất hút ẩm.

- Làm chất xúc tác.

- Làm mặt nạ phòng độc.

- Tinh chế dầu mỏ.

- Trong phân tích, làm chất hấp phụ hay chất mang sắc kí.

c. Zeolit.

Zeolite là tên gọi một nhóm khoáng chất

alumosilicat cấu trúc tinh thể, thành phần hoá học chủ

yếu là nhôm oxít và silic oxít sắp xếp theo một trật tự

nào đó và với tỉ lệ nhất định. Trật tự sắp xếp và tỉ lệ

Al:Si dẫn đến các loại zeolite khác nhau. Ngoài ra,

trong zeolite còn tồn tại các ion dƣơng (hoá trị 1, 2, 3)

không gắn vào vị trí cố định, nó linh động và có thể

trao đổi với các ion khác bên ngoài.

Theo nguồn gốc thì có hai loại: Zeolite tự nhiên

và zeolite tổng hợp

Zeolite tự nhiên ở các mỏ lớn trên thế giới thƣờng không sạch, có lẫn nhiều tạp

chất vì vậy ít có giá trị về kỷ thuật. Do đó, dựa vào các quá trình địa hoá trong thiên

nhiên con ngƣời đã có thể tổng hợp ra nhiều loại zeolite khác nhau.

Đặc điểm:

- Là chất hấp phụ xốp, độ xốp của nó chính là các kênh nối các hốc với nhau.

- Ít đƣợc sử dụng ở dạng bột, thƣờng đƣợc tạo viên với chất kết dính. Trong

quá trình tạo viên hình thành hệ mao quản thứ cấp. Diện tích bề mặt của hệ mao

quản thứ cấp chính là diện tích của các hạt tinh thể, nó nhỏ so với diện tích của hệ

mao quản sơ cấp, ít khi vƣợt quá 5 m2/g so với diện tích 700-1200 m

2/g. Kích thƣớc

của mao quản thứ cấp phụ thuộc vào cỡ hạt tinh thể, sự phân bố kích thƣớc của

chúng, hàm lƣợng chất kết dính cũng nhƣ áp suất tạo viên. Hàm lƣợng chất kết dính

cao và áp suất nén lớn cũng làm giảm độ xốp của nó. Quá trình tạo hạt ít ảnh hƣởng

tới dung lƣợng hấp phụ của zeolite.

- Lực hấp thu của zeolite chủ yếu là lực tƣơng tác tĩnh điện hay định hƣớng,

lực tán xạ đóng góp không nhiều. Vì vậy các phân tử có tƣơng tác lƣỡng cực, tứ cực

hay phân cực hấp phụ tốt hơn nhiều so với các phân tử không phân cực và loại liên

kết đơn.

- Bề mặt hút nƣớc, phân cực rãnh đều đặn.

- Có khả năng trao đổi ion.

Ứng dụng:

- Khử nƣớc, phân riêng không khí.


- 66 -

- Làm chất hấp phụ trong công nghiệp lọc dầu: tách n-paraffin ra khỏi hỗn hợp

iso-paraffin hoặc các chất thơm.

- Zeolite đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỷ thuật xúc tác với chức năng làm chức

hấp phụ nhằm loại bỏ những tác nhân gây hại cho xúc tác.

- Zeolite đƣợc sử dụng làm chất trao đổi ion. Một số mặt lợi thế hơn của

zeolite so với nhựa trao đổi: Dung lƣợng trao đổi lớn, độ chọn lọc cao đối với các

ion kim loại, độ trƣơng nở trong nƣớc thấp.

- Tách hợp chất có độ phân cực khác nhau.

- Khử mùi và khử khuẩn.

- Hấp phụ ammonia và ammonium có trong khói thải

d. Nhôm hoạt tính.

Là vật liệu màu trắng ngà không tan trong nƣớc nhƣng tan trong axit đậm đặc,

khi nung ở nhiệt độ cao nó sẽ chuyển sang dạng thù hình khác và không tan trong

axit.

Khi loại bỏ nƣớc của nhôm hydroxit dạng ortho hay meta hay nung nhôm

oxihydrat sẽ hình thành -Al2O3 tinh thể.

-Al2O3 tan trong cả axit và kiềm. Tuỳ điều kiện chế tạo, hạt -Al2O3 tinh

thể rất khác nhau, mức độ sai lệch tinh thể cũng khác nhau và khả năng hút ẩm tốt.

Thành phần hoá học:

Bảng 3.2: Thành phần hóa học của nhôm hoạt tính

Thành phần. % theo khối lƣợng khô.

SiO2 0.02

Fe2O3 0.02

Na2O 0.30-0.35

Al2O3 93.1-93.6

Phần mất mát do bốc cháy 6.0-6.5

Đặc điểm:

- Là chất hấp phụ háo nƣớc.

- Diện tích bề mặt lớn có thể đạt 30-300 m2/g.

2 Al(OH)3 2 AlO(OH) 2 - Al2O3 150

oC 300

oC

-2H2O -H2O


- 67 - Hơi nƣớc

Khí thải vào

Khí sau xử lý

Thiết bị hấp phụ 1

Thiết bị hấp phụ 2

Chu kỳ hoàn

nguyên

Chu kỳ hấp

phụ

Ngƣng tụ

Lắng

Nƣớc thải

Xả cặn

- Dung lƣợng hấp phụ cao.

- Chịu mài mòn tốt.

Ứng dụng: Nhôm oxít đƣợc sử dụng làm:

- Chất sấy khô khí.

- Chất mang xúc tác.

- Xử lý phân đoạn dầu mỏ.

- Khử mùi.

3. Thiết bị hấp phụ

Trong thiết bị hấp phụ, vật liệu hấp phụ đƣợc đổ thành lớp đệm có bề dày nhất

định và cho dòng khí đi qua.

Thông số quan trọng của lớp đệm bằng vật liệu hấp phụ là sức cản khí động của

nó phảI nằm trong phạm vi thích hợp để tổn thất áp suất của dòng khí đi qua thiết bị

không quá lớn, đồng thời đảm bảo thời gian thiếp xúc giữa khí và vật liệu hấp phụ.

Thông thƣờng vận tốc khí trên tòan bộ tiết diện ngang của thiết bị nằm trong

khoảng 0.1 ÷ 0.5 m/s và thời gian lƣu của dòng khí trong lớp vật liệu khỏang 1 ÷ 6s.

Yêu cầu đề ra khi thiết kế hoặc lựa chọn thiết bị hấp phụ:

- Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc thích hợp.

- Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để loại bỏ các chất không thể hấp phụ đƣợc.

- Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải để bảo

vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi bị quá tải.

- Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách đều đặn.

- Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau đạt

trạng thái bảo hoà.

Khi thiết kế hệ thống hấp phụ, ta có thể chọn phƣơng án hoạt động từng đợt hay

liên tục, có hoàn nguyên hoặc không hoàn nguyên. Trong hệ thống hấp phụ làm

việc liên tục gồm hai thiết bị, cái này làm việc ở chu kỳ hấp phụ thì cái kia làm việc

theo chu kỳ hoàn nguyên.

Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống hấp phụ gồm hai thiết bị hấp phụ nối song song;


- 68 -

4. Đường đặc tính hay còn gọi là đường cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu

hấp phụ.

Để phục vụ cho tính

toán thiết kế hệ thống hấp

phụ, một thông số quan

trọng của vật liệu hấp phụ

cần xác định bằng thực

nghiệm, đó là khả năng hấp

phụ của vật liệu đối với

chất cần hấp phụ (kg/kg)

ứng với nhiệt độ và áp suất

riêng khác nhau của chất

cần hấp phụ trong khí thải.

Các thông số này đƣợc

thiết lập thành đƣờng biểu

diễn gọi là đƣờng đặc tính

hay đƣờng cân bằng đẳng

nhiệt của vật liệu hấp phụ.

Trên hình 3.5 là các

đƣờng cân bằng đẳng nhiệt

của than hoạt tính đối với

các chất khí axeton và

benzen.

Ở nhiệt độ nhất định

khi áp suất riêng của chất

bị hấp phụ trong khí thải

tăng cao thì khả năng hấp

phụ của vật liệu tăng. Trong khi đó, nếu ở nhiệt độ thấp thì khả năng hấp phụ tăng

nhanh, ngƣợc lại, ở nhiệt độ cao thì động tăng của khả năng hấp phụ tăng nhƣng rất

chậm, thậm chí không đáng kể, so với với độ tăng của áp suất riêng phần. Do đó,

điều luôn luôn mong muốn là tiến hành hấp phụ ở nhiệt độ càng thấp càng tốt.

Ngoài ra khả năng hấp phụ tăng khi khối lƣợng phân tử của chất bị hấp phụ tăng

trong các điều kiện khác nhƣ nhau. Lấy các đƣờng cân bằng ở 100oC đối với axeton

và benzen trên hình 3.5 để so sánh thì cùng nhiệt độ và áp suất riêng, khả năng hấp

phụ của than hoạt tính đối với benzen lớn hơn đáng kể so với axeton vì phân tử gam

của benzen lớn hơn phân tử gam của axeton.

Đƣờng đặc tính của các vật liệu hấp phụ khác không phải lúc nào cũng có dạng

nhƣ hình 3.5. Có thể có 3 dạng đƣờng đặc tính khác nhau của vật liệu hấp phụ: cong

lõm phía trên (a), cong lõm phía dƣới (b), và cong có điểm uốn (c).

0.4 0 0.1 0.2 0.3

100

200

300

Gam chất bị hấp phụ/gam than

Áp s

uất

riê

ng c

ân b

ằng c

ủa

chất

bị

hấp

phụ t

rong p

ha

khí,

mm

Hg

Hình 3.6: Đƣờng cân bằng đẳng nhiệt của

than hoạt tính đối với axeton và benzen


- 69 -

Nồng độ trong pha rắn Nồng độ trong pha rắn Nồng độ trong pha rắn

Nồng đ

ộ t

rong p

ha

khí

Nồng đ

ộ t

rong p

ha

khí

Nồng đ

ộ t

rong p

ha

khí

a. b. c.

Trong tài liệu kỹ thuật có rất nhiều công thức của nhiều tác giả khác nhau về

đƣờng cong cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu hấp phụ, trong số đó có công thức của

Brunauer - Emmett - Teller đƣợc áp dụng khá phổ biến. Công thức đƣợc thiết lập

trên cơ sở cƣờng độ ngƣng tụ và bay hơi từ nhiều lớp phân tử khác nhau trên bề mặt

vật rắn và có dạng:

]/)1(1)[( oom PpbpP

bp

V

V

Trong đó:

V- thể tích chất khí bị hấp phụ ở nhiệt độ và áp suất đã cho.

Vm - thể tích chất khí bị hấp phụ khi có một lớp bề dày 1 phân tử chất

bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu hấp phụ.

Po - áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ của hệ thống.

p - áp suất hiện có của chất bị hấp phụ trong khối khí thải.

b - hệ số thực nghiệm của quá trình hấp phụ.

5. Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ:

Có thể áp dụng các phƣơng pháp sau đây để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ:

- Hoàn nguyên bằng nhiệt: vật liệu hấp phụ đƣợc sấy nóng để khả năng hấp

phụ của nó giảm xuống đến mức thấp và lúc đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát ra

ngoài. Sau khi hoàn nguyên bằng nhiệt, vật liệu hấp phụ cần đƣợc làm nguội trƣớc

khi đƣa vào sử dụng lại. Phổ biến nhất của phƣơng pháp nhiệt là dùnh không khí

nóng hoặc hơi nƣớc.

- Hoàn nguyên bằng áp suất: ở nhiệt độ không đổi nếu áp suất giảm thì khả

năng hấp phụ giảm và do đó khí đã bị hấp phụ sẽ đƣợc thoát khỏi bề mặt của vật

liệu.

- Hoàn nguyên bằng khí trơ: dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ

thổi qua lớp vật liệu hấp phụ. Trong trƣờng hợp này áp suất riêng của chất bị hấp


- 70 -

phụ trong pha khí sẽ thấp hoặc bằng không, nhƣ vậy sẽ tạo đƣợc gradian p ngƣợc

chiều với quá trình hấp phụ và do đó chất bị hấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán

ngƣợc trở lại vào pha khí.

Trong các phƣơng pháp trên thì phƣơng pháp nhiệt bằng hơi nƣớc đƣợc áp dụng

rộng rãi nhất với lý do đơn giản, ít tốn kém và hiệu quả cao.

3.1.3 Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt

Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là quá trình đốt cháy sau

đƣợc áp dụng khá phổ biến trong trƣờng hợp lƣợng khí thải lớn mà nồng độ chất ô

nhiễm không cháy đƣợc lại rất bé, đặc biệt là những chất có mùi khó chịu.

1. Quá trình thiêu đốt sử dụng thích hợp trong các trường hợp sau:

Phần lớn các chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy đƣợc hoặc thay đổi đƣợc

về mặt hoá học để biến thành chất ít có mùi hơn khi phản ứng với oxi ở nhiệt độ

thích hợp.

Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy đƣợc, ví dụ nhƣ khói từ lò rang cà

phê, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ .v.v…

Một số các hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp vào môi trƣờng sẽ phản ứng với

sƣơng mù và gây tác hại cho môi trƣờng. Quá trình thiêu đốt có tác dụng phân huỷ

rất hiệu quả các loại chất này.

Một số các loại công nghệ nhƣ công nghệ khai thác và lọc dầu thải ra rất nhiều

khí cháy đƣợc kể cả những chất hữu cơ rất độc hại. Phƣơng pháp xử lý hiệu quả và

an toàn nhất cho trƣờng hợp này là thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp, thiêu đốt ngay

bên trong ống khói hoặc buồng đốt riêng biệt.

2. Ưu và nhược điểm:

a. Ưu điểm

Phân huỷ đƣợc hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy đƣợc khi thiết bị thiêu đốt

đƣợc thiết kế và vận hành đúng qui cách.

Có khả năng thích ứng đối với sự thay đổi vừa phải của lƣu lƣợng khí thải

cũng nhƣ nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải.

Hiệu quả xử lý cao đối với những chất ô nhiễm đặc biệt mà các phƣơng pháp

xử lý khác không có hiệu quả hoặc hiệu quả thấp.

Có khả năng thu hồi, tận dụng đƣợc nhiệt thải ra trong quá trình thiêu đốt.

b. Nhược điểm:

Chi phí đầu tƣ thiết bị và vận hành tƣơng đối lớn.

Có khả năng làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí khi trong các chất

ô nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt ngoài các nguyên tố C, H, O… còn chứa cả

những hợp chất của clorin, nitơ, lƣu huỳnh.

Trong quá trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu hay có xúc tác để đảm bảo

nhiệt độ ở mức cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm cần xử lý. Việc cấp

thêm nhiêu liệu bổ sung có khả năng gây trở ngại cho quá trình vận hành thiết bị.


- 71 -

Để thiết kế đƣợc thiết bị thiêu đốt cần biết đƣợc các yếu tố có liên quan đến quá

trình nhƣ: thành phần hóa học của chất ô nhiễm, nồng độ của nó trong khí thải, lƣu

lƣợng khí thải cần xử lý, nhiệt độ ban đầu của khí thải đi vào thiết bị thiêu đốt và

mức phát thải cho phép của chất ô nhiễm.

Một số phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình thiêu đốt:

Quá trình thiêu đốt rất thích hợp đối với các chất ô nhiễm cháy đƣợc, đó là

những hợp chất của cacbon, hydro, oxy, nitơ và lƣu huỳnh. Phần lớn các chất hữu

cơ dễ bay hơi (VOC - Volatile Ogranic Compounds) cũng thuộc loại chất ô nhiễm

cần xử lý bằng phƣơng pháp thiêu đốt. Những hợp chất nêu trên khi cháy sẽ tạo

thành các sản phẩm cháy không hoặc ít độc hại hơn so với bản thân chúng.

Ví dụ một số chất ô nhiễm và phản ứng cháy của chúng nhƣ sau:

222

1COOCO

OHCOOHC 22266 362

17

OHSOOSH 22222

3

Trong các phản ứng trên oxit cacbon là khí độc quen thuộc đối với sức khỏe con

ngƣời và benzen - là một loại hydrocacbon có độ phản ứng cao, chất tạo ra sƣơng

khói và cũng là chất có khả năng gây ung thƣ đã đƣợc biến thành CO2 ít độc hại.

Trong phản ứng cuối mặc dù SO2 là loại khí độc hại nằm trong danh mục các

chất khí độc hại hàng đầu cần xử lý, nhƣng so với khí gốc của phản ứng là khí H2S

thì SO2 ít độc hại hơn nhiều lần và đặc biệt là không có mùi khó chịu nhƣ H2S.

3. Biện pháp thực hiện:

Quá trình thiêu đốt chất ô nhiễm có thể đƣợc chia làm ba dạng khác nhau:

a. Thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp trong không khí.

Là biện pháp làm cho khí ô nhiễm cháy trực tiếp trong không khí mà không cần

cấp nhiên liệu bổ sung, trƣờng hợp chung chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và để điều

chỉnh khi cần thiết.

Để thiết kế hệ thống đốt bằng ngọn lửa trực tiếp cần phải hiểu biết về giới hạn

cháy và nổ của hổn hợp giữa khí thải độc hại cũng nhƣ của nhiên liệu với không

khí. Nó sẽ giúp ta xác định đƣợc trong trƣờng hợp nào một loại khí thải đã cho có

thể duy trì đƣợc sự cháy mà không cần cấp bổ sung nhiên liệu.


- 72 -

Bảng 3.3: Giới hạn cháy của một số chất khí và hơi thường gặp trong hỗn hợp

với không khí, tính theo phần trăm thể tích.

TT Chất Công thức hoá học Giới hạn dƣới Giới hạn trên

1 Amoniac NH3 15.5 27.0

2 Axeton CH3COCH3 1.6 13.0

3 Axetylen C2H2 1.53 82.0

4 Benzen C6H6 1.3 9.5

5 Butan C4H10 1.55 8.5

6 Cacbon disunfua CS2 1.0 50.0

7 Cacbon oxit CO 12.5 74.0

8 Dầu hoả - 1.1 7.0

9 Etan C2H6 2.5 15.0

10 Etylen C2H4 2.75 35.0

11 Gasolin - 1.4 7.6

12 Hydro H2 4.0 75.0

13 Dihydro sunfua H2S 4.3 44.5

14 Khí đốt thiên nhiên - 1.8 13.5

15 Metan CH4 2.5 15.4

16 Propan C3H8 2.0 9.5

17 Xăng - 1.9-2.4 4.9-51

Một hỗn hợp giữa chất cháy với không khí ở một giới hạn nồng độ nhất định

nào đấy sẽ gây nổ. nếu thành phần nhiên liệu giảm thấp hơn hoặc tăng cao hơn so

với giới hạn nồng độ gây nổ mạnh nhất thì cƣờng độ cháy của hỗn hợp đều giảm.

nồng độ thấp nhất và cao nhất mà tại đó ngọn lửa vẫn có khả năng lan truyền đƣợc

gọi là giới hạn dƣới và giới hạn trên của quá trình cháy.

Theo tính toán, hỗn hợp của các hydrocacbon và không khí có nhiệt lƣợng cháy

là 3725kJ/m3. Giới hạn dƣới của sự cháy tƣơng ứng với khoảng ½ nhiệt lƣợng nói

trên. Để đảm bảo an toàn khi chuyên chở khí công nghiệp ngƣời ta qui định nồng độ

chất cháy trong khí phải thấp hơn giới hạn dƣới của sự cháy ít nhất là 25%. Trong

trƣờng hợp đó ngẫu nhiên có phát tia lửa thì sự tăng nhiệt độ của khí sẽ không đủ

cao để duy trì quá trình cháy và do đó sự cố đƣợc ngăn ngừa.

Trong một số trƣờng hợp thành phần khí ô nhiễm trong khí thải tự thân đã là

một hỗn hợp cháy mà không cần hòa trộn thêm với không khí.

Khi nồng độ chất cháy trong khí thải quá thấp không thể đốt cháy đƣợc, ta cần

bổ sung nhiên liệu để đƣa nồng độ chất cháy lên đến giới hạn dƣới của quá trình

cháy.

Thiết bị thiêu đốt đƣợc thiết kế tốt có thể đốt cháy đƣợc những hỗn hợp khí có

nhiệt lƣợng cháy nằm trong khoảng 3150 ÷ 3350 kJ/m3 mà không cần dđến nhiên


- 73 -

liệu bổ sung. Trong nhiều trƣờng hợp việc cấp nhiên liệu bổ sung có thể tránh đƣợc

bằng cách hâm nóng khí thải đến một nhiệt độ nhất định vì ta biết rằng nhiệt đô

càng cao thì giới hạn dƣới của quá trình cháy càng hạ thấp.

Căn cứ vào giới hạn cháy của các chất ngƣời ta có thể chia khí thải có chứa chất

ô nhiễm cháy đƣợc thành ba nhóm sau đây:

Nhóm 1: Thành phần nhiên liệu trong khí thải thấp hơn giới hạn dƣới của quá

trình cháy khoảng 25%.

Nhóm 2: Thành phần nhiên liệu trong khí thải nằm trong phạm vi từ giới hạn

dƣới đến giới hạn trên của quá trình cháy.

Nhóm 3: Thành phần nhiên liệu trong khí thải cao hơn giới hạn trên của quá

trình cháy.

Khí thải thuộc nhóm thứ nhất thƣờng đƣợc xử lý bằng thiêu đốt trong buồng

đốt.

Khí thải thuộc nhóm thứ hai không an toàn. Đối với khí thải nhóm này cần

đƣợc điều chỉnh thành phần nhiên liệu hoặc không khí (oxy) để đƣa về hoặc là

nhóm thứ nhất hoặc là nhóm thứ ba.

Khí thải thuộc nhóm thứ ba thƣờng đƣợc xử lý bằng thiêu đốt với ngọn lửa trực

lửa hoặc cũng có thể dùng làm nguồn nhiên liệu bổ sung cho lò đốt, lò nung.

b. Thiêu đốt có buồng đốt.

Thiêu đốt có buồng đốt

đƣợc áp dụng rộng rãi đối với

các loại khí thải có chứa chất ô

nhiễm dạng khí, hơi, sol khí

cháy đƣợc với nồng độ tƣơng

đối thấp.

Các bộ phận chính và quan

trọng của hệ thống thiêu đốt này

là buồng đốt, các vòi đốt, bộ

phận điều chỉnh quá trình cháy

và dụng cụ chỉ thị nhiệt độ.

Buồng đốt thƣờng có dạng hình

trụ và đƣợc xây dựng bằng vỏ

thép có ốp gạch chịu lửa. Nhiệt

độ trong buồng đốt khoảng 900

÷1500oC.

Buồng đốt cần đƣợc thiết kế

đảm bảo hòa trộn triệt để giữa

khí thải và nhiên liệu đốt bổ

sung. Một biện pháp để đạt đƣợc

yêu cầu nêu trên là khí thải cần

đƣợc đƣa vào chỗ thắt của

buồng đốt và tại đó có bố trí các

Hình 3.7: Buồng đốt khí hình trụ đứng có ống

cấp khí thải theo phƣơng tiếp tuyến

1. ống cấp khí, 2. các cửa vòi đốt, 3.vòng thắt bằng

vật liệu chịu lửa, 4. ống cấp nhiên liệu, 5. vỏ thép có

ốp vật liệu chịu lửa, 6. ống khói thải khí sạch,


- 74 -

vòi đốt. Vận tốc của khí trong buồng đốt dao động trong khoảng 5 ÷ 8 m/s và thời

gian lƣu của khí thải trong buồng đốt khoảng 0,2 ÷ 0,5s là đạt yêu cầu. thời gian lƣu

phụ thuộc vào lƣu lƣợng khí thải, kích thƣớc buồng đốt và đƣợc xác định sau khi

nhiệt độ khí thải đạt giá trị quy định.

Nhiệt độ và thời

gian lƣu của khí thải

trong buồng đốt là

hai thông số quyết

định cho quá trình

cháy diễn ra có

đƣợc hoàn toàn hay

không. Khi tăng

nhiệt độ thì thời

gian lƣu có thể đƣợc

rút ngắn và ngƣợc

lại, tuy nhiên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất.

Song song với nhiệt độ và thời gian lƣu, nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) trong

khí thải cũng có ảnh hƣởng nhiều đến quá trình cháy. Nồng độ chất ô nhiễm quyết

định lƣợng nhiên liệu cần bổ sung. Đầu tiên cần cấp nhiên liệu để khơi mào cho

phản ứng oxy hóa. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng oxy hóa tăng theo cho đến

khi phản ứng oxy hóa tự duy trì đƣợc, lúc đó có thể giảm dần lƣợng nhiên liệu bổ

sung đến một giới hạn nhất định để đảm bảo quá trình cháy đƣợc ổn định.

Một vấn đề khác cần lƣu ý là mức độ hòa trộn giữa khí thải và nhiên liệu bổ

sung. Thông thƣờng chỉ một phần khí thải (khoảng 50%) hòa trộn tốt nhiên liệu bổ

sung ngay tại vòi đốt. Phần còn lại của khí thải cần đƣợc hòa trộn với sản phẩm

cháy ở nhiệt độ cao sau ngọn lửa để đảm bảo ngọn lửa không bị dập tắt và quá trình

cháy đƣợc hoàn toàn. Không có sự hòa trộn tốt giữa sản phẩm cháy và phần còn lại

của khí thải thì sản phẩm cháy không hoàn toàn sẽ phát thải vào khí quyển.

Khi nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) trong khí thải quá thấp, nhiệt lƣợng cháy

của nó không đủ để duy trì sự cháy, ngƣời ta áp dụng biện pháp hâm nóng khí thải

trƣớc khi đƣa vào buồng đốt. Nhiệt lƣợng cần cho việc hâm nóng khí thải đƣợc tận

dụng từ sản phẩm cháy trong buồng đốt. Hình 3.9 là sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có

hâm nóng trƣớc khí thải

2

3

1

4

5

2

Hình 3.9: Sơ đồ buồng đốt có hâm nóng trƣớc khí thải

1. Khí thải đi vào, 2. Bề mặt trao đổi nhiệt để hâm nóng, 3. Nhiên liệu, 4. Vòi

đốt, 5. khí sạch đi ra

1

2

3

Hình 3.8: Buồng đốt khí thải có ngăn áp lực

1. ống cấp khí, 2. ống cấp nhiên liệu, 3. ngăn áp

lực, 4. vòi đốt

4


- 75 -

20

40

60

80

600

100

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000oF

Hiệ

u q

uả

oxy h

óa

chất

ô n

hiễ

m, %

Hình 3.10: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lƣu của khí thải

trong buồng đốt ứng với mức oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm

Nhiệt độ làm việc trong buồng đốt thay đổi tuỳ theo chất ô nhiễm trong khí thải.

Chất Giới hạn nhiệt độ trung bình oC K

Hydrocacbon 500 ÷760 770 ÷1033

Cacbon oxit 680 ÷800 950 ÷1070

Xử lý mùi bằng oxi hoá 500 ÷700 770 - 970

c. Thiêu đốt có xúc tác.

Thiêu đốt có xúc tác là một bƣớc phát triển tiếp theo của công nghệ xử lý khí

thải trong không gian kín - buồng đốt.

Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác thƣờng nằng trong khoảng từ 200 ÷

460oC và cũng tuỳ thuộc vào loại chất ô nhiễm cần oxi hoá. Bảng 3.2 là phạm vi

nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm phổ biến

trong công nghiệp.


- 76 -

Hình 3.11 : Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có xúc tác

1. Lớpđệm bằng vật liệu xúc tác, 2. Bề mặt trao đổi nhiệt để hâm nóng khí thải, 3. Khí

thải vào, 4. Khí sạch ra, 5. Cấp nhiên liệu, 6. Cấp không khí, 7. vòi đốt, 8. Đƣờng dẫn

khí thải đã đƣợc hâm nóng vào đốt

3

4

1

5

6 7

8

2

Bảng 3.4: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác

Chất Giới hạn nhiệt độ oxy hóa có xúc tác

K oC

Các chất dung môi:

Toluol, metyl etyl keton,

xylol, ancol…

530 ÷ 730 260 ÷ 460

Các chất béo có nguồn

gốc động vật 530 ÷640 260 ÷ 370

Các chất thải trong công

nghiệp hóa chất nhƣ:

cacbon oxit, etylen, oxit

etylen, propylen…

480 ÷ 670 200 ÷ 400

Quá trình oxi hoá xảy ra trên bề mặt chất xúc tác không phát ra ngọn lửa, nhƣng

bề mặt chất xúc tác vẫn nóng đỏ. Hiệu quả oxi hoá đạt từ 95 ÷98% và do đó khí thải

thoát ra ngoài từ buồng đốt có xúc tác chủ yếu là khí CO2, hơi nƣớc và khí nitơ.

Về vật liệu xúc tác, trong công nghiệp thƣờng sử dụng một số kim loại quí nhƣ

platin nghiền nhỏ và cố định trên nền một oxit kim loại khác nhƣ oxit nhôm Al2O3,

từ đó ta có chất xúc tác Pt/Al2O3. ngoài ra các oxit sau đây cũng có đặc tính xúc tác

đối với quá trình oxi hoá: Co3O4, CoO.Cr2O3, MnO2, LaCoO2 và CuO

Ngƣời ta chế biến vật liệu xúc tác dƣới dạng dải mỏng, hạt mịn, viên tròn…để

tạo thành lớp đệm rỗng và cho khí cần oxy hóa đi qua. Trong nhiều trƣờng hợp vật

liệu xúc tác còn đƣợc chế tạo thành tấm nhƣ tấm lƣới lọc bụi hoặc thành đơn

nguyên gồm nhiều thanh hình trụ xếp theo dãy so le nhau để tạo lối dích dắc đối với

luồng khí cần xử lý. Trên hình 3.11 là các bộ phận xúc tác đƣợc chế tạo theo dạng

nêu trên.


- 77 -

Hiệu quả oxi hoá của chất xúc tác phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ làm việc.

Trên hình 3.13 là biểu đồ hiệu quả oxy hóa của chất xúc tác Pt/Al2O3 phụ thuộc

vào nhiệt độ đối với một số chất ô nhiễm thƣờng gặp. Ta thấy đƣờng đặc tính “hiệu

quả oxy hóa - nhiệt độ” của các dung môi hydrocacbon nằm trong một dãi hẹp với

hiệu quả rõ rệt trong khoảng nhiệt độ từ 300 ÷ 500oC. Khí CH4 là chất phản ứng yếu

đối với loại chất xúc tác Pt/Al2O3, giới hạn nhiệt độ cho hiệu quả oxy hóa cao phải

lên đến 600 ÷ 700oC. Chất xúc tác cần đƣợc lựa chọn để nó làm việc có hiệu quả

đối với nhiều chất ô nhiễm khác nhau.

Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhƣng vấn đề bụi cần đƣợc quan

tâm. Bụi bám trên bề mặt vật liệu xúc tác sẽ làm giảm khả năng oxi hoá và rút ngắn

a. b.

Hình 3.12 : Các bộ phận xúc tác

a. Dạng tấm, b. Dạng thanh hình trụ

0 0

20

40

60

80

100

100 200 400 500 600 700oC

Hình 3.13 : Biểu đồ hiệu quả oxy hóa phụ thuộc vào nhiệt độ

của chất xúc tác Pt/Al2O3 đối với một số chất ô nhiễm phổ biến

Hiệ

u q

uả

oxy h

óa,

%


- 78 -

thời gian làm việc của vật liệu, do đó khí thải trƣớc khi đƣa vào xử lý bằng oxi hoá

có xúc tác cần đƣợc lọc bụi đến mức độ cho phép. Một số chất lẩn trong khí thải

nhƣ sắt, chì, silic, các hợp chất photpho cũng có tác hại làm giảm tuổi thọ của vật

liệu xúc tác.

Ưu điểm:

Quá trình oxi hoá chất ô nhiễm xảy ra trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ

thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ bắt lửa và khi nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải

rất thấp mà nếu áp dụng các biện pháp thiêu đốt khác không thể nào duy trì đƣợc

phản ứng oxi hoá, ngoại trừ trƣờng hợp phải tiêu tốn nhiều năng lƣợng.

Nhờ phản ứng oxi hoá trên bề mặt chất xúc tác xảy ra rất mạnh và nhanh nên

thời gian lƣu của khí thải trong buồng đốt chỉ bằng 1/20 ÷ 1/50 thời gian lƣu ở

trƣờng hợp thiêu đốt bằng buồng đốt thông thƣờng.

Vật liệu xúc tác đƣợc chế tạo từ các kim loại quí hiếm nên khá đắt tiền. Tuy

nhiên lƣợng chất xúc tác đòi hỏi không nhiều, thƣờng chỉ cần từ 0,03 ÷ 0,12m3 cho

1m3/s khí thải cần oxy hóa. Thể tích yêu cầu nêu trên là kể cả độ rỗng của lớp xúc

tác. Ngoài ra, do nhiệt độ làm việc (từ 300 ÷ 500oC so với 700 ÷ 800

oC trong buồng

đốt thông thƣờng) nên tiết kiệm đƣợc nhiên liệu bổ sung từ 40 ÷ 50% so với buồng

đốt thông thƣờng, thêm vào đó là kết cấu gọn nhẹ do thời gian lƣu đƣợc rút ngắn.

Tổng hợp lại giá thành xây dựng và vận hành thiết bị thiêu đốt có xúc tác vẫn rẻ hơn

đáng kể so với thiêu đốt thông thƣờng.

Hình 3.14:Sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác để xử lý khói thải từ lò công nghiệp.

1. lò, 2. vòi đốt hâm nóng khí thải, 3. tấm đục lỗ phân bố dòng khí, 4. lớp đệm bằng vật

liệu xúc tác, 5. bề mặt trao đổi nhiệt hâm nóng khí thải, 6. khí sạch thoát ra, 7. tận dụng

nhiệt của khói nóng đƣa về lò, 8. tận dụng nhiệt của khói nóng cho các mục đích khác.

b. a.


- 79 -

3.1.4 Xử lý ô nhiễm bằng phƣơng pháp sinh học

1. Giới thiệu chung

Xử lý khí thải bằng biện pháp sinh học là việc ứng dụng các loài vi khuẩn có

khả năng tham gia phân hủy các chất ô nhiễm trong dòng khí bẩn, đặc biệt là các

hợp chất hữu cơ.

Tuy nhiên, có một số loài vi khuẩn chuyên biệt có thể phân huỷ hợp chất vô cơ

nhƣ H2S, NH3...

Kỹ thuật xử lý khí thải bằng biện pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các

loại khí thải do hoạt động thƣơng mại và công nghiệp có nồng độ chất ô nhiễm thấp.

Hệ thống lọc sinh học trƣớc đây thƣờng đƣợc thiết kế để xử lý mùi của các hệ

thống xử lý nƣớc thải, các nhà máy tái chế, quá trình ủ phân compost.

Sau đó, nó đƣợc ứng dụng phổ biến trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay

hơi và các hợp chất hữu cơ khác.

Quá trình sinh học là quá trình "xanh", điều mà các quá trình truyền thống khác

không thể đạt đƣợc. Nhƣ:

Phƣơng pháp đốt với bất kỳ lƣợng nhiên liệu nào cũng sản sinh ra NOx, bụi,

SOx, và CO.

Trong khi đó, các thiết bị phản ứng sinh học không hề thải ra chất bẩn hay

chất độc hại.

Quá trình sinh học có chi phí thấp hơn so với các biện pháp kỹ thuật xử lý

truyền thống khác:

Phƣơng pháp oxy hóa nhiệt và oxy hoá xúc tác phải tốn một lƣợng lớn nhiên

liệu

Phƣơng pháp sinh học chỉ cần một lƣợng nhỏ năng lƣợng điện cho hoạt động

của một số động cơ.

Ngoài ra thì thiết bị sinh học không cần con ngƣời trong toàn thời gian vận

hành mà chỉ cần cung một lƣợng nhỏ các chất dinh dƣỡng.

Bảng 3.5: So sánh giữa các phương pháp xử lý khí thông thường

Chi phí

vận

hành

Chi phí

đầu tƣ

Chi phí

bảo dƣỡng

Rủi ra

ô

nhiễm

Xử lý tất cả

khí có mùi

Hiệu quả

xử lý

Hấp thụ bằng nƣớc Cao Thấp Thấp Có Không Thấp

Thiêu đốt Cao Cao Cao Có Có Cao

Hấp phụ bằng than

hoạt tính

Cao Cao Cao Không Có Cao

Hấp thụ hoá học Thấp Cao Cao Có Có Cao

Lọc sinh học Thấp Thấp Thấp Không Có Cao


- 80 -

Các công trình sinh học dùng để xử lý khí thải là: Lọc sinh học, lọc sinh học

nhỏ giọt và tháp sinh học…

Nguyên tắc chính của hệ thống xử lý là tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với

chất ô nhiễm trong khí thải:

Dòng khí thải đi qua các khe rỗng của lớp vật liệu tiếp xúc.

Các vi sinh vật bám trên lớp vật liệu sẽ phân hủy các chất ô nhiễm trong

không khí nhƣ là nguồn cơ chất cho sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật.

2. Cơ chế của quá trình sinh học xử lý khí thải

Khi cho dòng khí qua bể lọc sinh học, các chất ô nhiễm chuyển hóa từ pha khí

sang pha lỏng bởi nhiều phƣơng thức khác nhau (phụ thuộc vào nồng độ các chất ô

nhiễm, sự chuyển hóa bề mặt và hệ số chuyển hóa sinh khối).

Sau đó, trong pha lỏng, các chất ô nhiễm sẽ bị chuyển hóa với sự tham gia của

vi sinh vật trong bể lọc sinh học (sự chuyển hóa xảy ra dƣới dạng phản ứng oxy hóa

khử):

Quá trình chuyển hóa sinh học biến đổi các chất ô nhiễm thành sinh khối, sản

phẩm của quá trình trao đổi chất hoặc CO2 và H2O.

Dòng khí ô nhiễm chứa ammonia hoặc amines thì sẽ bị chuyển hóa thành

nitrat.

Dòng khí ô nhiễm chứa H2S thì sẽ bị chuyển hóa thành ion SO42-

.

Sinh khối hình thành trong bể lọc sinh học đƣợc tuần hoàn để cung cấp dinh

dƣỡng cho dòng khí.

a. Sự chuyển hóa khí

Sự cân bằng pha lỏng và pha khí

Sự chuyển hóa nồng độ các chất ô nhiễm trong pha khí vào pha lỏng tuân

theo các định luật Henry:

CG = H.CL

Tốc độ chuyển hóa

)()( *

LG

tLLtL C

H

CKCCK

dt

dC

G

LLLt

G

V

VCCK

dt

dC)( *

Trong đó:

CG: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí, mg/m3

CL: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng, mg/L

CL*: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng ở trạng thái cân bằng, mg/L

H: Hằng số Henry, atm.L/mol hay g/L khí/ L lỏng

Kt: Hằng số tốc độ chuyển hóa, ngày-1

VL: Thể tích pha lỏng

VG: Thể tích pha khí

b. Hấp thụ các chất ô nhiễm


- 81 -

Theo Frenundlich: n

Lfads CkC /1

Theo Langmuir: LL

L

adsCk

CCC

.max

Trong đó:

Cads: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí, mg/m3

CL: Nồng độ chất ô nhiễm trong pha lỏng, mg/L

Cmax: Nồng độ chất ô nhiễm cực đại đƣợc thụ

kf: Hằng số hấp thụ Frenundlich

kL: Hằng số hấp thụ Langmuir

Sự chuyển hóa sinh học phụ thuộc vào thành phần dòng khí, đặc tính vật lý và

hóa học của vật liệu làm giá thể.

Giá thể lám bằng vật liệu hữu cơ thích hợp cho sự sinh trƣởng của nhiều loại

sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm, tảo, protozoa..

Trong khi đó giá thể làm bằng vật liệu sợi tổng hợp trơ lại chứa ít lòai vi sinh

vật hơn.

3. Ứng dụng quá trình sinh học xử lý khí thải

a. Lọc không khí bằng phương pháp lọc sinh học:

Giới thiệu tổng quát

Lọc sinh học là một biện pháp xử lý ô nhiễm tƣơng đối

mới. Đây là một phƣơng pháp hấp dẫn để xử lý các chất khí

có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp.

Hình dạng phổ biến của một hệ thống lọc sinh học

giống nhƣ một cái hộp lớn, một vài hệ thống có thể lớn

bằng sân bóng rổ, một vài hệ thống có thể nhỏ độ một yard

khối (0,76 m3). Nguyên tắt chính của hệ thống xử lý là tạo

điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống lọc

khí thải này là nơi chứa các nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho các vi sinh vật.

Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học (biofilm), đây là

một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc. Trong quá trình lọc, khí thải

đƣợc bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc, các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các

nguyên liệu lọc hấp thụ. Các chất khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học,

tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng để tạo nên năng lƣợng và các sản phẩm

phụ là CO2 và H2O theo phƣơng trình sau:

Chất hữu cơ gây ô nhiễm + O2 → CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối

Lịch sử phát triển

Trong khi việc sử dụng các hệ thống lọc sinh học chƣa đƣợc phổ biến ở Mỹ thì

hàng trăm hệ thống lọc sinh học đã đƣợc ứng dụng thành công và có hiệu quả ở

Châu Âu (Hà Lan, Tân Tây Lan, Đức) và Nhật Bản. Hệ thống lọc sinh học trƣớc

đây thƣờng đƣợc thiết kế để xử lý mùi của các hệ thống xử lý nƣớc thải, các nhà


- 82 -

máy tái chế, quá trình ủ phân compost. Sau đó, nó đƣợc ứng dụng phổ biến trong

việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các hợp chất hữu cơ khác.

Sau đây là một số mốc lịch sử của việc phát triển hệ thống lọc sinh học:

· 1923 Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc đề nghị sử dụng để xử lý các chất khí

có mùi hôi.

· 1955 Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc áp dụng để xử lý các chất khí có mùi

hôi ở nồng độ thấp ở Đức.

· 1960 Hệ thống lọc sinh học đƣợc sử dụng để xử lý các chất khí ô nhiễm ở

Đức và Mỹ.

· 1970 Hệ thống lọc sinh học đạt đƣợc những thành quả cao ở Đức.

· 1980 Hệ thống lọc sinh học đƣợc sử dụng để xử lý các chất khí độc và các

hợp chất hữu cơ bay hơi của các ngành công nghiệp.

· 1990 Hiện nay, hơn 500 hệ thống lọc sinh học đang hoạt động tại Đức, Hà

Lan và phổ biến rộng ở Mỹ.

Việc xử lý mùi hôi đã đƣợc tiến hành từ những năm 1950 và lúc đó ngƣời ta

thƣờng sử dụng hệ thống lọc qua đất, hay bể lọc sinh học nhỏ giọt. Các chất khí có

mùi hôi thƣờng là hydrogen sulphite hay mercaptant và các hợp chất sulfur khác.

Việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi mới đƣợc áp dụng gần đây và trở nên phổ biến

trong thập kỷ vừa qua và hiện nay còn đang đƣợc tiến hành nghiên cứu sâu thêm. Ví

dụ, hiện nay một số nghiên cứu đã chứng minh đƣợc là các hệ thống lọc sinh học có

thể dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ có nhân thơm và các hợp chất béo, cồn,

aldehydes, acid hữu cơ, acrylate, acid carbolic, amines và ammoniac.

Mô tả quá trình xử lý

Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trƣờng cho vi sinh vật phát triển và phân

hủy các chất khí có mùi hôi và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống

lọc bao gồm một buồng kín chứa các vi sinh vật và hấp thụ

hơi nƣớc, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc. Nguyên liệu

lọc đƣợc thiết kế sao cho có khả năng hấp thụ nƣớc lớn, độ

bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua

nó.

Các hệ thống nhỏ hơn, phổ biến hơn với nhiều lớp

nguyên liệu lọc đƣợc trình bày trong hình sau:

Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học"

(Biocube) đƣợc thiết kế bởi EG&G Corporation có kích

thƣớc cao khoảng 7 ft và đƣờng kính khoảng 6 ft. Việc sử

dụng nhiều lớp nguyên liệu lọc kiểu này hạn chế đƣợc việc

các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí

xuyên thành những đƣờng thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự

thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc.

Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô nhiễm đƣợc làm ẩm và sau đó

đƣợc bơm vào một buồng phía bên dƣới nguyên liệu lọc. Khi chất khí đi ngang qua

lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân hủy. Khí thải sau khi đã


- 83 -

lọc sạch đƣợc phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc. Hầu hết

những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay

hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phƣơng pháp này là chỉ xử lý đƣợc những

khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) và lƣu lƣợng khí xử lý chỉ nằm

trong giới hạn 300-500 ft3/ft

2-giờ.

Nguyên liệu lọc

Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc

chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh

học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Cơ chế của quá trình lọc sinh học bao

gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật. Các vi sinh vật

trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dƣỡng các chất ô nhiễm, biến chúng

thành các sản phẩm cuối cùng là nƣớc, CO2 và các loại muối.

Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất, cây

thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc nhằm cung

cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm. Ngoài ra nó còn

làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dƣỡng cho các vi sinh vật. Một vài loại nguyên

liệu lọc không đáp ứng đƣợc về nhu cầu dƣỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta

phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho.

Các nguyên liệu lọc thƣờng có tuổi thọ từ 5 - 7 năm trƣớc khi phải thay mới.

Các điểm cần quan tâm khi quyết định chọn nguyên liệu lọc:

Khả năng giữ ẩm để tạo lớp màng sinh học

· Có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho quá trình hấp thụ và phát triển của

vi sinh vật

· Có chứa các dƣỡng chất để cung cấp cho các vi sinh vật

· Tạo lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lƣợng cần sử dụng

cho máy bơm)

· Các tính chất lý học khác nhƣ độ ổn định lý học và dễ dàng thao tác.

Một số thông số thiết kế

Diện tích

Diện tích là một thông số đƣợc quan tâm hàng đầu trong việc thiết kế hệ thống

lọc sinh học. Để xử lý lƣu lƣợng khí khoảng 30 ft3/phút, một hệ thống lọc sinh học

có thể cần diện tích 25 ft2. Đối với những lƣu lƣợng khí lớn hơn, chúng ta cần

những diện tích lớn hơn và có thể bằng diện tích một sân bóng rổ nhƣ đã nói ở trên.

Thành phần hóa học và hàm lƣợng của chất ô nhiễm trong khí thải

Phân tích thành phần hóa học và hàm lƣợng của nó trong khí thải cần thiết để

xác định xem biện pháp lọc sinh học có thích hợp hay không. Các hệ thống lọc sinh

học hoạt động tốt khi các hợp chất ô nhiễm (không hoà tan trong nƣớc) có nồng độ

thấp (<1000 ppm). Một số hợp chất phân hủy sinh học rất chậm (nhƣ các hợp chất

chlor) do đó đòi hỏi hệ thống xử lý có kích thƣớc lớn.

Thời gian lưu trú


- 84 -

Thời gian lƣu trú là khoảng thời gian vi sinh vật tiếp xúc với luồng khí thải và

đƣợc tính bằng công thức sau:

RT = Tổng thể tích các lỗ rỗng của lớp nguyên liệu lọc/lƣu lƣợng khí thải

Thời gian lƣu trú càng dài sẽ cho hiệu suất xử lý càng cao. Tuy nhiên, trong quá

trình thiết kế chúng ta cần phải giảm thiểu thời gian lƣu trú để hệ thống có thể xử lý

một lƣu lƣợng lớn hơn. Thông thƣờng, thời gian lƣu trú của các hệ thống lọc sinh

học biến động trong khoảng 30 giây đến 1 phút.

Ẩm độ

Ẩm độ của luồng khí thải cần phải xử lý rất quan trọng vì nó giữ ẩm độ cần

thiết cho các màng sinh học. Do đó, luồng khí thải thƣờng đƣợc bơm qua một hệ

thống làm ẩm trƣớc khi bơm vào hệ thống lọc sinh học để đảm bảo ẩm độ của luồng

khí thải đi vào hệ thống lọc sinh học phải lớn hơn 95%.

Kiểm soát pH

Các sản phẩm phụ của quá trình phân hủy sinh học là các acid hữu cơ. Để duy

trì pH của hệ thống nằm trong khoảng thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động,

chúng ta cần cho thêm các dung dịch đệm pH.

Nguyên liệu lọc

Nguyên liệu lọc có thể bao gồm than bùn, cây thạch nam, phân ủ compost, than

hạt hoặc các nguyên liệu thích hợp khác. Nói chung, các nguyên liệu này phải có

khả năng cung cấp chất dinh dƣỡng cho vi sinh vật và không gây giảm áp luồng khí

nhiều. Thêm vào đó, ẩm độ của các nguyên liệu lọc phải đƣợc duy trì ở mức 30 -

60% để cho quần thể các vi sinh vật phát triển. Do đó, bên cạnh thiết bị làm ẩm khí

thải, ngƣời ta thƣờng lắp đặt hệ thống phun nƣớc cho các lớp nguyên liệu lọc.

Giảm áp

Việc giảm áp của luồng khí khi đi ngang lớp nguyên liệu lọc nên đƣợc hạn chế

tối đa. Nếu lớp nguyên liệu lọc gây trở lực lớn cho nguồn khí, ta cần tiêu tốn thêm

năng lƣợng cho máy thổi khí, gây tăng giá thành xử lý. Khả năng gây trở lực cho

nguồn khí phụ thuộc vào ẩm độ và độ rổng của lớp nguyên liệu lọc. Độ ẩm tăng, độ

rổng lớp nguyên liệu giảm là nguyên nhân gây tăng trở lực cho nguồn khí. Đối với

các hệ thống điển hình mức độ giảm áp nằm trong khoảng 1 -10 hPa.

Bảo trì

Khi bắt đầu đƣa vào hoạt động, hệ thống cần đƣợc chăm nom một lần/tuần. Sau

khi hệ thống đã hoạt động ổn định và đã giải quyết tất cả các vấn đề có thể xảy ra.

Tần số thăm nom có thể giảm xuống 1 lần/nửa tháng hoặc hàng tháng.

Ƣu và khuyết điểm của hệ thống lọc sinh học

Ưu điểm

· Ƣu điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa chất.

· Thiết kế linh động, do đó có thể thích nghi với mọi loại hình công nghiệp và

diện tích của xí nghiệp.


- 85 -

· Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ

bay hơi và các chất độc. Hiệu suất xử lý thƣờng lớn hơn 90% đối với các khí thải có

nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.

· Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau có thể

áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý.

Khuyết điểm

· Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý đƣợc các chất ô nhiễm có khả năng

hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ nhƣ các hợp chất hữu cơ bay

hơi có chứa chlor.

· Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích

lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.

· Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ

gây ảnh hƣởng đến hệ vi sinh vật cũng nhƣ hiệu suất xử lý của chúng.

· Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trƣờng và tạo thành các

màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là đối với

việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi.

Khả năng ứng dụng

Đã có hơn 50 hệ thống lọc sinh học sử dụng phân compost làm nguyên liệu lọc

đã đƣợc lắp đặt theo kiểu thƣơng mại ở Châu Âu và Mỹ trong vòng 15 năm qua.

Việc sử dụng hệ thống lọc sinh học xử lý các chất hữu cơ bay hơi đã đƣợc áp

dụng trong các ngành công nghiệp sau:

· Công nghệ hóa chất và hóa dầu

· Công nghệ dầu khí

· Công nghệ nhựa tổng hợp

· Công nghệ sản xuất sơn và mực in

· Công nghệ dƣợc phẩm

· Xử lý chất và nƣớc thải

· Xử lý đất và nƣớc ngầm

Việc sử dụng hệ thống lọc sinh học để xử lý mùi, cho tới nay đã áp dụng trong

các ngành công nghiệp sau:

· Xử lý nƣớc cống rãnh

· Xử lý chất và nƣớc thải lò mổ

· Các công nghệ tái chế

· Các nhà máy sản xuất gelatin và keo dán

· Công nghệ chế biến thịt và nông sản

· Công nghệ sản xuất thuốc lá, ca cao, đƣờng

· Công nghệ sản xuất gia vị, mùi nhân tạo.

Lọc sinh học tải trọng cao để xử lý VOCs

Lọc sinh học tải trọng cao để xử lý H2S


- 86 -

3.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SUNFUĐIOXIT SO2

3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nƣớc

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nƣớc bao gồm 2 giai đoạn:

- Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nƣớc vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi

qua lớp vật liệu đệm rỗng có tƣới nƣớc.

- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 và nƣớc sạch

Mức độ hoà tan của khí SO2 trong nƣớc giảm khi nhiệt độ nƣớc tăng cao, do đó

nhiệt độ nƣớc cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. còn để giải thoát khí

SO2 khỏi nƣớc thì nhiệt độ của nƣớc phải cao. ở nhiệt độ 100oC thì SO2 bốc ra một

cách hoàn toàn và trong khí bốc ra có lẫn hơi nƣớc. Bằng phƣơng pháp ngƣng tụ

ngƣời ta có thể thu đƣợc khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% để dùng vào mục đích sản

xuất axit sufuric.

Bảng 3.5:Lượng nước lý thuyết tính bằng m3cần có để hấp thụ 1 tấn SO2 đến

trạng thái bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ SO2 khác nhau trong khí thải.

Nồng độ SO2 trong khí

thải, %khối lƣợng

Lƣợng nƣớc, m3, ở nhiệt độ

10oC 15

oC 20

oC

12 48 55 66

10 57 67 78

8 70 84.5 96.2

6 92 106 123

4 140 165 200

Ưu điểm:

- Đơn giản.

- Thu hồi đƣợc khí SO2

Nhược điểm: Khá tốn kém cho giai đoạn giải thoát SO2 và sử dụng lại nƣớc. Để

hấp thụ cần phải đun nóng một lƣợng nƣớc rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt

công suất lớn. Ngoài ra, để sử dụng lại nƣớc cho quá trình hấp thụ phải làm nguội

nƣớc xuống đến 10oC ÷cần phải có nguồn cấp lạnh. Đây là vấn đề không đơn giản

và khá tốn kém.

Phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tƣơng đối cao.

- Có sẳn nguồn cấp nhiệt hơi nƣớc với giá rẻ.

- Có sẳn nguồn lạnh.

- Có thể xả đƣợc nƣớc có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi.


- 87 -

Xử lý SO2 bằng nước kết hợp với quá trình oxi hoá SO2 bằng chất xúc tác:

H2O

Khí vào

Khí sạch

Xả

Chất tải lạnh

Hơi nƣớc

≈ 100oC

Nƣớc làm nguội

1

2

3

4

5

Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nƣớc

1- Tháp hấp thụ; 2 - tháp giải hấp; 3 - Thiết bị ngƣng tụ; 4,5 - Thiết bị trao đổi nhiệt

Khí vào

Khí thoát ra

còn chứa > 3%

lƣợng SO2 ban

đầu

Tro, bụi

Nƣớc Nƣớc

Khí thoát ra còn

chứa ≈ 0,3%

lƣợng SO2 ban

đầu

H2SO4 loãng đƣợc làm đậm đặc Hệ thống 1 đơn nguyên

Hệ thống 2 đơn nguyên

Hình 3.16:Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nƣớc kết hợp với oxy hóa bằng xúc tác.

1. xiclon, 2. tháp oxy hóa nhiều tầng, 3. thiết bị làm nguội, 4. tháp rửa khí rửa khí


- 88 -

Trong khí thải giàu SO2 , nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷12%, ngƣời

ta có thể xử lý SO2 bằng nƣớc kết hợp với quá trình oxi hoá SO2 bằng chất xúc tác.

Quá trình này gồm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất: Khí SO2 kết hợp với oxi nhờ sự có mặt của chất xúc tác

vanađi (V) để biến thành anhhiđrit sunfuric SO3. Phản ứng oxi hoá khí SO2 có toả

nhiệt và phản ứng này xảy ra càng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thiết quá

trình này phải qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều đƣợc làm nguội.

- Giai đoạn thứ hai: dùng nƣớc tƣới trong tháp đệm có lớp vật liệu rỗng để

SO3 kết hợp với nƣớc tạo thành H2SO4.

3.2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi CaCO3 hoặc vôi nung CaO

Ưu điểm:

- Quy trình công nghệ đơn giản;

- Chi phí hoạt động thấp;

- Chất hấp thụ dễ tìm và rẻ;

- Có khả năng xử lý khí mà không cần làm nguội và xử lý bụi sơ bộ.

- Hiệu quả xử lý cao.

Quá trình hấp thụ bằng huyền phù CaCO3 (thành phần rắn : lỏng = 1 : 10, kích

thƣớc hạt CaCO3 0,1mm) diễn ra theo các giai đoạn sau:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2

CaO + SO2 = CaSO3

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Sơ đồ hệ thống:

Khí vào

Khí sạch

H2O

Đá vôi

1 2

3

4

5

Hình 3.17: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng sữa vôi

1- Tháp hấp thụ; 2 - bộ phận tách tinh thể; 3 - lọc chân không; 4- thùng hoà

trộn ,5 – máy nghiền; 6 - máy đập

6


- 89 -

Khói thải sau khi lọc sạch tro bụi đi vào tháp rửa khí 1, trong đó xảy ra quá

trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tƣới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng.

nƣớc chảy ra từ tháp rửa khí đƣợc bổ sung thƣờng xuyên bằng sữa vôi mới. Trong

nƣớc chảy ra từ tháp rửa khí có chứa nhiều sunfit và canxi funfat dƣới dạng tinh thể:

CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó

cần tách tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2. Thiết bị số

2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lƣu lại một thời gian đủ để hình thành các

tinh thể sunfit và sunfat canxi.Sau bộ phận tách tinh thể số 2, dung dịch một phần đi

vào tƣới cho tháp rửa khí, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh

thể bị giữ lại dƣới dạng cặn bùn và đƣợc thải ra ngoài. Đá vôi đƣợc đập vụn và

nghiền thành bột ở các thiết bị 6, 5 rồi cho vào thùng 4 để pha trộn với dung dịch

loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với một lƣợng nƣớc bổ sung để đƣợc

dung dịch sữa vôi mới.

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% và nó phụ thuộc vào vận tốc khí và

pH của dung dịch sữa vôi tƣới lên trên lớp đệm

Bảng 3.6: Quan hệ giữa hiệu quả hấp thụ η với tốc độ khí trên tiết diện ngang

của tháp rửa khí

Vận tốc khí v, m/s 0,332 0,583 0,745 0,924 1,22

Hiệu quả khử SO2 của tháp rửa khí

η, %

99,73 98,73 98,05 98,43 98,91

Bảng 3.7:Quan hệ giữa hiệu quả hấp thụ η với pH của sữa vôi.

pH của dung dịch 7.2 6.8 6.4 6.0 5.7 5.5

Hiệu quả khử SO2 η, % 95 95 95 90 82 70

Nguyên liệu vôi đƣợc sử dụng một cách hoàn toàn, cặn bùn từ hệ thống xử lý

thải ra có thể đƣợc sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit

thành sunfat trong lò nung.

Phƣơng pháp khử SO2 bằng dung dịch sữa vôi có thể dùng nguyên liệu là đá vôi

hoặc vôi nung. Dùng đá vôi thì rẻ tiền hơn nhƣng hiệu quả khử SO2 thì kém hơn so

với dùng vôi nung.

Lƣợng CaCO3 cần để xử lý SO2 trong khói thải do đốt cháy 1 tấn nhiên liệu

đƣợc xác định theo công thức sau:

S

CaCOP

CaCOKM

MSG 3

3

10 , kg/tấn nhiên liệu

Trong đó:

PS - thành phần lƣu hùynh trong nhiên liệu tính theo phần trăm khối

lƣợng (số phần trăm)

3, CaCOS MM - phân tử gam của lƣu huỳnh và của canxi cacbonat.


- 90 -

- hệ số khử SO2 trong khói thải - mức độ cần thiết phải khử SO2 trong

khói thải để đạt đến giới hạn phát thải cho phép (số thập phân)

K - tỷ lệ CaCO3 nguyên chất trong đá vôi ( 9.08.0 K )

Nếu dùng vôi nung thì trong công thức trên phân tử gam của CaCO3 thay bằng

phân tử gam của CaO.

Lƣợng cặn khô thu đƣợc trong quá trình xử lý SO2 đƣợc xác định theo công

thức sau:

32423)1()17,083,0(

102.5.0 CaCOOHCaSOOHCaSO

S

p

can GKMMM

SG

Trong đó:

canG - lƣợng cặn thu đƣợc trong quá trình xử lý, kg/tấn nhiên liệu.

Mx- khối lƣợng phân tử gam của chất có ký hiệu chân tƣơng ứng.

3.2.3 Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ

Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ đƣợc áp

dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ SO2 đƣợc sử dụng phổ

biến là các amin thơm nhƣ anilin C6H5NH2, toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin

(CH3)2C6H3NH2 và đimetyl –anilin C6H5N(CH3)2.

Xyliđin trong nƣớc có nhiều ƣu điểm khi sử dụng để khử SO2 trong khói thải

với nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO2 trong khói thải tƣơng đối cao trên 2% thì

đimetyl –anilin có ƣu thế hơn.

1. Quá trình sunfiđin.

Quá trình này đƣợc các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức

nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luuyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải

của lò thổi luyện đồng. nồng độ khí SO2 trong khói thải dao động trong phạm vi

0.5÷ 8%, trung bình là 3.6%. Chất hấp thụ sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nƣớc, tỷ lệ

1:1.

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theo quá trình sunfiđin.

Hình 3.18: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình sunfiđin

1- Tháp trao đổi nhiệt; 2,3 - Tháp hấp thụ; 4,7- Tháp rửa khí; 5 - Tháp bốc hơi; 6- Bể lắng

Khí

vào

Khí sạch

H2S

O4

Na 2

CO

3

Hơi

nƣớc

SO2

Nƣớc

thải

1 1 1

1 2 3 4

5

6

7


- 91 -

Khí thải sơ bộ đƣợc làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bụi bằng điện,

sau đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau, hỗn hợp xyliđin và nƣớc

đƣợc tƣới vào ngƣợc chiều với dòng khí.

Trong quá trình hấp thụ có tỏa ra một lƣợng nhiệt đáng kể, do đó cần phải làm

nguội dung dịch bằng thiết bị trao đổi nhiệt 1.

Khí sạch thoát ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xyliđin cần cho qua tháp rửa khí

4 để thu hồi bằng axit sunfuric loãng.

Dung dịch hấp thụ đã bão hòa từ tháp hấp thụ đầu tiên (số 2) đi ra khỏi với

nồng độ SO2 130 ÷ 180g/l đƣợc đƣa vào tháp bốc hơi 5. Nhiệt độ ở phần dƣới của

tháp bốc hơi đƣợc giữ ở mức 45 ÷ 100oC bằng chất mang nhiệt là hơi nƣớc đi bên

trong ống xoắn. Các loại khí, hơi (gồm SO2, xyliđin và hơi nƣớc) bốc lên trong tháp

bốc hơi đƣợc ngƣng tụ ở thiết bị trao đổi nhiệt 1 rồi đi tiếp vào tháp rửa khí 7 tƣới

bằng nƣớcđể giảm nồng độ xylinđin trong khí SO2. Từ đây khí SO2 đƣợc sử dụng

cho các công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lƣu huỳnh đơn chất. Dung dịch loãng

xyliđin - SO2 cùng với nƣớc ngƣng tụ từ thiết bị ngƣng tụ 1lại quay lên tƣới vào

tháp bốc hơi 5. Dung dịch hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên ở dƣới của tháp bốc hơi

chảy vào bể lắng 6, ở đó nƣớc thừa đƣợc thải đi và hỗn hợp xyliđin ÷nƣớc theo tỷ lệ

thích hợp đƣợc bơm qua thiết bị làm nguội rồi tƣới cho tháp hấp thụ số 3.

Trong quá trình hấp thụ, một phần sunfit xyliđin bị oxi hóa. Để hạn chế sự tích

tụ của sunfat xyliđin trong dung dịch hấp thụ ngƣời ta cho natri cacbonat vào dung

dịch tƣới ở tháp hấp thụ 3. Natri cacbonat tác dụng với sunfat xyliđin tạo thành natri

sunfat và CO2. Khí CO2 sẽ thoát ra ngoài cùng với khí thải sau xử lý. Còn natri

sunfat tƣơng ứng với lƣợng natri cacbonat đã sử dụng sẽ đƣợc thải ra ngoài ở bể

lắng 6 dƣới dạng dung dịch trong nƣớc nƣớc.

Hiệu quả khử SO2 trong hệ thống đạt 96÷99%.

2. Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin ÷quá trình ASARCO

Khí thải đƣợc lọc sạch bụi và các giọt sƣơng axit sunfuric bằng bộ lọc điện và

tháp rửa khí đƣợc đƣa vào tháp hấp thụ 1 trong đó xảy ra 3 quá trình sau:

Hấp thụ khí SO2 bằng dimetylanilin khan.

Khử SO2 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và

bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo.

Hấp thụ hơi dimetyl - anilin bằng axit sunfuric loãng và thu đƣợc sunfat dimetyl

- anilin.

Phần dƣới của tháp hấp thụ đƣợc chia thành tám tầng tƣới dung dịch. Lƣợng

nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ SO2 bằng dimetyl - anilin đƣợc khử bằng các

thiết bị làm nguội 6: dung dịch sau khi tƣới ở tầng trên chảy ra đƣợc làm nguội rồi

đƣa xuống tƣới cho tầng dƣới; tầng dƣới cùng đƣợc tƣới bằng dung dịch tuần hoàn.

Dần dần chất hấp thụ bị bão hòa bởi khí SO2 và màu của nó thay đổi từ màu vàng

nhạt sang màu đỏ thẫm.

Phần giữa của tháp hấp thụ gồm hai tầng đƣợc tƣới dung dịch natri cacbonat.

Phần trên cùng của tháp đƣợc chia thành 14 tầng và dùng axit sunfuric loãng để

tƣới.


- 92 -

Chất hấp thụ bão hòa từ tháp hấp thụ đi ra đƣợc đun nóng trong bề mặt trao đổi

nhiệt 12 nhờ lƣợng nhiệt của bản thân chất hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên từ tháp

giải hấp thụ 8 đi ra để tƣới vào phần giữa ( phần bốc hơi của tháp 8). Khí SO2, hơi

dimetyl anilin và hơi nƣớc bốc lên trong tháp 8 đƣợc đƣa vào thùng ngƣng tụ 9, ở

đó hơi nƣớc và hơi dimetylanilin sẽ ngƣng tụ lại, còn khí SO2 đi tiếp sang tháp rửa

cuối cùng số 10 để dùng nƣớc khử sạch hơi dimetyl anilin tạo thành sunfit

dimetylanilin nhờ sự có mặt của SO2.

Dung dịch đƣợc hình thành cùng với nƣớc ngƣng từ thùng ngƣng tụ 9 đƣợc để

tƣới vào phần trên cùng của tháp 8. Chất hấp thụ đã đƣợc hoàn nguyên cùng với

nƣớc ngƣng tụ đi ra từ phía dƣới của phần bốc hơi đƣợc làm nguội sơ bộ trong bề

mặt trao đổi nhiệt 12 và tiếp tục đƣợc làm nguội sâu hơn trong thiết bị 6 rồi đi vào

bể phân ly 4, tại đó dimetyl - anilin đƣợc tác ra khỏi nƣớc và chảy vào bể chứa 2 để

tƣới cho tháp hấp thu 1. Một phần nƣớc đã đƣợc tách ra từ thùng phân ly 4 đi vào bể

chứa 5 và đƣợc dùng để tƣới vào phần dƣới cùng đƣợc gọi là phần hòan nguyên của

tháp giải hấp thụ 8 phục vụ cho việc hoàn nguyên dimetyl - anilin. Phần nƣớc còn

lại cùng với dung dịch hấp thụ chảy ra từ phần trên và phần giữa của tháp hấp thụ 1

đi vào bể chứa 3. Dung dịch trong bể 3 có chứa một lƣợng nhỏ chất dimetyl - anilin

dƣới dạng lơ lửng đƣợc đƣa vào bể phân ly dung dịch loãng số 7, sau đó phần nƣớc

chảy vào bể chứa 5 còn chất lơ lửng đã đƣợc đậm đặc hơn đi tiếp vào bể phân ly 4.

Dung dịch thải

9

H2SO4

Khí vào

3 6

7

12

2

2 4 5

Na2CO3

Nƣớc

6

10

11

11

Hình 3.19 : Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình ASARCO

1. tháp hấp thụ, 2, 3,5 .bể chứa, 4;7 .bể phân ly, 6 .Thiết bị làm nguội, 8 .tháp giải

hấp thụ, 9 .thùng ngƣng tụ, 10 .tháp rửa khí, 11 .thiết bị cấp nhiệt, 12 .bề mặt trao

đổi nhiệt

Khí sạch thoát ra


- 93 -

Phần nước trong bể 5 có chứa các chất sau:

- Axit sunfuric loãng và dung dịch sunfat dimetyl - anilin từ phần trên của tháp

hấp thụ.

- Dung dịch natri cacbonat loãng có chứa cả sunfit và bisunfit natri.

- Dung dịch sunfit dimetyl - anilin loãng từ phần bốc hơi của tháp giải hấp thụ.

Từ bể chứa 5 nƣớc đƣợc dùng để tƣới vào phần dƣới cùng của tháp giải hấp thụ

8.

Tại đây trong dòng hơi nƣớc, sunfit dimetyl - anilin đƣợc phân giải thành

dimetyl - anilin và SO2 theo hơi nƣớc bốc lên trên. Ở nhiệt độ hòan nguyên, sunfat

dimetyl - anilin tác dụng với sunfit và bisunfit natri tạo thành dimetyl - anilin tự do,

khí SO2 và natri sunfat. Hỗn hợp khí SO2, hơi dimetyl - anilin và hơi nƣớc cũng bốc

lên trên và thoát ra khỏi tháp giải hấp thụ, còn dung dịch natri sunfat thì thải ra

ngoài. Ở phía dƣới của phần bốc hơi và phần hòan nguyên của tháp 8 dung dịch

đƣợc đun nóng bằng các bộ đố 11.

Dung dịch thải ra hầu nhƣ không chứa dimetyl - anilin. Độ pH của dung dịch

thải đƣợc giữ ở mức 5 ÷ 6 bằng cách điều chỉnh lƣợng natri cacbonat tƣới vào phần

giữa của tháp hấp thụ.

3.2.4 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn

Các quá trình xử lý khí SO2 bằng chất hấp thụ theo phƣơng pháp ƣớt có nhƣợc

điểm: nhiệt độ của khí thải bị hạ thấp, ẩm độ lại tăng cao gây han gỉ thiết bị máy

móc, hệ thống cồng kềnh và kinh phí đầu tƣ lớn. với những lí do trên ngày càng có

nhu cầu nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp xử lý SO2 bằng các loại vật liệu hấp phụ

thể rắn để khắc phục nhƣợc điểm của phƣơng pháp ƣớt.

Kinh phí đầu tƣ cho việc xây dựng và lắp đặt hệ thống xử lý khí thải theo

phƣơng pháp khô thấp hơn so với phƣơng pháp ƣớt, còn chi phí sử dụng vận hành

thì theo phƣơng pháp khô đôi lúc lại cao hơn so với phƣơng pháp ƣớt.

Do nhu cầu hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và làm sạch khí thải khỏi bụi của vật

liệu hấp phụ, vấn đề kết hợp giữa quá trình khô và ƣớt ngày càng trở nên thiết thực.

3.2.5 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính

Phƣơng pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt

điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể, đặc

biệt đƣợc áp dụng rộng rãi ở các nƣớc Đức, Anh, Nhật Bản và một số nƣớc khác.

Sử dụng than hoạt tính để hấp phụ khí SO2 có sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn

năng, tức là có thể áp dụng đƣợc cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một

cách liên tục hay gián đoạn. Ngoài ra, hệ thống xử lý cho phép làm việc đƣợc với

khí thải có nhiệt độ cao trên 100oC.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này tuỳ thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể

là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc là sản phẩm thu hồi đƣợc khí SO2 có nồng độ

thấp, có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng

đƣợc.


- 94 -

1

4

Phần lọt sàng

Khí vào


SO2

Khí trơ

Tro

Bổ s

ung c

hất

hấp

phụ m

ới

2

3

5

6

7

8

9

Hình 3.20: Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theo phƣơng

pháp hấp phụ bằng than hoạt tính.

1. Phễu chứa than hoạt tính, 2. thiết bị đo liều lƣợng, 3.

tháp hấp phụ nhiều tầng, 4. xiclon, 5. bunke, 6. tháp giải

hấp phụ, 7. thiết bị cấp nhiệt, 8. quạt, 9. máy sàng

Trên hình 3.20 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính. Khói thải đi

vào tháp hấp phụ 3 gồm nhiều tầng, khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính của

các tầng hấp phụ, sau đó khói đi qua xiclon 4 để lọc sạch tro, bụi trƣớc khi thải ra

ngoài khí quyển.

Than hoạt tính sau khi đƣợc hoàn nguyên cùng với một lƣợg than mới bổ sung

đƣợc chuyển lên phễu chứa 1 để cấp vào tháp hấp phụ qua bộ phận khống chế liều

lƣợng 2. Than rơi từ tầng

trên xuống tầng dƣới của

tháp nhờ hệ thống cào đảo.

Sau khi bão hòa SO2, than

hoạt tính từ tầng dƣới cùng

của tháp chảy xuống bunke

5 để đi vào thiết bị giải hấp

phụ (hoàn nguyên) 6, tại

đây một lƣợng nhiệt đƣợc

cấp vào từ bên ngoài để

nâng nhiệt độ của than lên

400 ÷ 450oC nhờ thiết bị

cấp nhiệt 7 và quạt 8. Để

thúc đẩy quá trình hòan

nguyên ngƣời ta còn thổi

khí trơ nóng hoặc hơi nƣớc

vào thiết bị hoàn nguyên.

Khí SO2 thoát ra từ quá

trình hoàn nguyên có nồng

độ 40 ÷ 50% và đạt

khoảng 96 ÷ 97% lƣợng

khí SO2 có trong khói thải

trƣớc khi đi vào hệ thống

xử lý.

Sau khi hòan nguyên

than hoạt tính đƣợc sàng

chọn lại qua máy sàng 9 để

loại bỏ phần than quá vụn

nát và bổ sung thêm than

mới để đƣa lên phễu chứa

1.

Khí thoát ra từ quá

trình hòan nguyên ngoài

khí SO2 còn có một số loại

khí khác nhƣ: H2S là 2 ÷

4%, lƣu hùynh S là 0,1÷ 0,3% do các phản ứng sau đây:

2222 32232 COSHOHCSO


- 95 -

1

2

3

4 5

6

3

6

Khí vào


Nƣớc

H2SO4

(20 ÷25%)

H2SO4

(25 ÷30%)

H2SO4

(10 ÷15%)

Hình 3.21: Xử lý SO2 theo quá trình LURGI

1. tháp rửa khí Venturi, 2. xiclon, 3. Thiết bị hấp phụ, 4. bể chứa axit, 5. bơm, 6. than hoạt tính

22 COSCSO

222 222 COSHOHCS

Nồng độ khí SO2 còn lại trong khói thải sau khi ra khỏi hệ thống lọc phụ thuộc

vào thời gian làm việc của lớp vật liệu hấp phụ. Đối với than hoạt tính ta có các số

liệu sau:

Thời gian , phút 30 60 90 120 150 180 210

Nồng độ khí SO2, % trong khí thoát ra 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

Mức độ hoàn nguyên phụ thuộc vào thời gian hòan nguyên nhƣ sau:

Thời gian, phút 5 10 20 30 40

Mức độ hòan nguyên, % 40 70 90 95 ≈ 100

3.2.6 Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc–Quá trình LURGI

Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tƣới nƣớc để thu hồi axit sunfuric do công

ty LURGI của Đức nghiên cứu áp dụng.

Theo phƣơng pháp này, khí thải đƣợc làm cho bão hoà hơi nƣớc ở nhiệt độ dƣới

100oC đi qua lớp than hoạt tính có tƣới nƣớc làm ẩm trong thiết bị hấp phụ 3. khí

SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hoá thành SO3 nhờ có oxy trong khí


- 96 -

thải. Tiếp theo, SO3 kết hợp với nƣớc biến thành axit sunfuric và theo nƣớc chảy

vào thùng chứa 4. Axit sunfuric thu đƣợc ở thùng chứa 4 với nồng độ 20 ÷25%

đƣợc trích một phần để làm nguội và làm ẩm khí thải cần xử lý. Quá trình này đƣợc

thực hiện trong tháp rửa khí Venturi 1, trong đó axit loãng đƣợc dòng khí chuyển

động rối với vận tốc lớn xé nhỏ thành giọt mịn, nhiệt độ của khí giảm xuống do có

nƣớc bốc hơi, còn axit loãng thì trở nên đậm đặc hơn. Sau tháp rửa khí Venturi, tro

bụi và axit đƣợc tách ra khỏi dòng khí trong xiclon 2 và chảy về bể chứa 4, còn khí

đi vào thiết bị hấp phụ.

Để quá trình xử lý đƣợc liên tục cần lắp đặt ít nhất hai bình hấp phụ luân phiên

nhau hoạt động, cái này theo chu kì hấp phụ, cái kia theo chu kì hoàn nguyên.

Việc sử dụng axit sunfuric thu đƣợc từ quá trình phụ thuộc vào mức độ nhiễm

bẩn tro bụi và độ đậm đặc của nó. Khi xử lý khí thải đã lọc sạch tro bụi, nồng độ

axit thu đƣợc có thể đạt 65 ÷70%. Axit bị nhiễm bẩn nặng có thể đƣợc phân giải

theo các phƣơng pháp thông dụng để thu khí SO2 dùng vào việc điều chế axit

sunfuric sạch hoặc lƣu huỳnh đơn chất.

Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lƣu lƣợng khói thải 1000 ÷1500 m3/h. Nồng

độ ban đầu của SO2 trong khói thải khi đốt nhiên liệu mazut là 0,1 ÷0,15%. Hiệu

quả xử lý SO2 đạt 98 ÷99%. Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà

hoạt tính của nó không hề giảm sút.

3.2.7 Xử lý khí SO2 bằng nhôm oxít kiềm hoá

Quá trình xử lý khí SO2 bằng oxit kiềm hoá đƣợc dựa trên tính chất hấp phụ của

hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O) với thành phần natri oxit chiếm

20% khối lƣợng của hỗn hợp.

Trong quá trình hấp phụ, SO2 bị oxy hoá, sau đó tác dụng với các oxít kim loại

biến thành sunfat. Chất hấp phụ bão hoà đƣợc hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ

600 ÷650oC.

Khói thải sau khi đƣợc xử lý sơ bộ lọc sạch bụi trong xiclon 1 đi vào tháp hấp

phụ 2 theo chiều từ dƣới lên trên. Chất hấp phụ dạng hạt đƣợc cấp vào từ đỉnh tháp

và rơi tự do xuống dƣới. Trong quá trình rơi trong dòng khí chuyển động ngƣợc

chiều, chất hấp phụ khử khí SO2 trong khói thải. Bụi và các hạt chất hấp phụ có

kích thƣớc bé bị dòng khí mang theo sẽ đƣợc tách ra trong xiclon 3 và khí sạch

đƣợc thải ra khí quyển.

Một phần chất hấp phụ sau khi ra khỏi tháp 2 đƣợc tuần hoàn trở lại cho đến khi

đạt mức bão hòa nhất định, phần còn lại qua bộ khống chế liều lƣợng 5 để đi qua

thiết bị hoàn nguyên 6.

Sau khi hòan nguyên, vật liệu hấp phụ đƣợc làm nguội trong buồng làm nguội 7

và đƣợc cấp vào phễu nạp 4 cùng với một lƣợng chất hấp phụ mới bổ sung để lặp

lại chu trình làm việc.


- 97 -

Khí vào

Bụi

Chất hấp

phụ mới

SO2

1

2

3 4

5

6

7 8

Hình 3.22: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nhôm oxit kiềm hoá

1,3- xiclon; 2 - Tháp hấp phụ; 4- Phễu nạp chất hấp phụ ; 5 - Đo liều lƣợng; 6- Thiết bị

giải hấp; 7- buồng làm nguội; 8 - thiết bị trao đổi nhiệt.

5

5


Lƣợng chất hấp phụ lƣu thông trong hệ thống khoảng 48 ÷ 50kg cho 1000m3

khí thải cần xử lý với nồng độ ban đầu của SO2 là 0.3%. Vận tốc chuyển động của

khí trong tháp hấp phụ là 2 ÷ 2.5m/s. Hiệu quả khử SO2 trong khí thải đạt 90%.

Chất hấp phụ nhôm oxit kiềm hóa có thể đƣợc sản xuất theo nhiều phƣơng pháp

khác nhau. Một trong những phƣơng pháp đó đƣợc tiến hành nhƣ sau:

Dung dịch natri cacbonat (Na2CO3) 17% hòa trộn vào dung dịch nhôm sunfat

(Al2(SO4)3) 16% , khuấy đều trong 1 giờ ở nhiệt độ 90oC.

Lọc lấy chất kết tủa.

Giội 2 lần dung dịch natri cacbonat 2,5%.

Chất rắn thu đƣợc đem sấy khô.

Cắt thành viên nhỏ có đƣờng kính từ 20 ÷ 25 mm.

Sàng chọn để loại bỏ các hạt vụn nát.


- 98 -

Nung các hạt chất hấp phụ ở nhiệt độ 600 ÷ 650oC trong môi trƣờng khí

hydro lƣu thông qua lớp vật liệu hấp phụ trong 24 giờ.

Chất hấp phụ nhôm oxit kiềm hóa thu đƣợc theo phƣơng pháp trên có dung

lƣợng hấp phụ bằng 19 ÷ 24% trọng lƣợng bản thân và có khối lƣợng đơn vị là

0,8g/m3.

3.2.8 Xử lý khí SO2 bằng mangan oxít (MnO)

Có hai phƣơng pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng mangan oxit là “quá

trình mangan đƣợc nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và quá trình DAR mangan” do hãng

Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất.

1. Quá trình mangan của Mỹ:

Chất hấp phụ đƣợc sử dụng là mangan oxit Mn2O3 dạng hạt đƣợc làm khô trong

không khí và trong chân không ở nhiệt độ 300 ÷ 400oC.

Khói thải ở nhiệt độ 130 ÷ 330oC đi vào thiết bị hấp phụ 1 trong đó SO2 bị hấp

phụ bởi mangan oxit và oxy hoá thành SO3, sau đó kết hợp với độ ẩm mao dẫn

trong chất hấp phụ tạo thành axit sunfuric. Axit sunfuric lại kết hợp với mangan oxit

thành mangan sunfat. Trong phạm vi nhiệt độ của khói thải nêu trên khả năng khử

Khí

vào


Tro

Nƣớc

O2 H2 + -

NaOH H2SO4

1

2

3

4

5

6

Hình 3.23: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “mangan”

1- Thiết bị hấp phụ ; 2- Máy sàng; 3- Thùng điện phân; 4÷Thùng

phản ứng; 5- Máy lọc ly tâm; 6- Máy sấy


- 99 -

SO2 của chất hấp phụ đạt 25 ÷37% trọng lƣợng bản thân và khả năng hấp phụ tăng

khi nhiệt độ tăng.

Chất hấp phụ no SO2 từ thiết bị hấp phụ đi ra đƣợc đƣa qua máy sàng 2 rồi đổ

vào thùng phản ứng 4 có máy khuấy để kết hợp với dung dịch NaOH theo phản

ứng:

OHSONaMnONaOHMnSO 2424 2

Sau đó chất kết tủa đƣợc tách ra và giội nƣớc trong máy ly tâm 5, ở đó MnO

oxy hoá thành Mn2O3. Sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ ẩm đƣợc đƣa qua máy sấy

6 để quay trở lại chu trình làm việc.

Dung dịch từ máy li tâm 5 chảy ra có chứa natri sunfat đƣợc đƣa vào thùng điện

phân 3 để phân giải thành axit sunfuric loãng và dung dịch NaOH. Axit sunfuric

loãng đƣợc làm bay hơi nƣớc, cô đặc và thành sản phẩm của hệ thống. Dung dịch

NaOH đƣợc tuần hoàn trở lại thùng phản ứng 4 để tiếp tục chu trình hoàn nguyên

chất hấp phụ.

2. Quá trình DAR ÷mangan của hãng Mitsubishi:

Chất hấp phụ sử dụng là hỗn hợp của một số oxit, gọi là oxit mangan hoạt tính


Chất hấp phụ nghiền nhỏ đƣợc phun vào dòng khói thải cần xử lý và cùng với

khói thải đi vào thiết bị hấp phụ 2, trong đó mangan oxit kết hợp với SO2, oxy và

hơi nƣớc mao dẫn để tạo thành mangan sunfat.

Vận tốc khí trong tháp hấp phụ khoảng 13m/s. Lƣợng chất hấp phụ cần cấp cho

1m3 khí thải là 150 ÷ 250g.

H2O

NH3

Không khí

Không khí

Tro

H2O


Khí

vào (NH4)2SO4

Thải ra khí quyển

1 2

3

4

5

6 7

8

9

10

Hình 3.24: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “DAR-mangan”

1- nạp chất hấp phụ ; 2- tháp hấp phụ ; 3- xiclon; 4÷Thiết bị lọc bụi bằng điện; 5- thùng chứa

dung dịch; 6- Tháp hoàn nguyên amoniac; 7- tháp oxi hoá; 8,10- máy ly tâm; 9- thùng tuyển nổi


- 100 -

Mức độ khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ giữa lƣợng

chất hấp phụ và lƣu lƣợng khí thải, nhiệt độ và thời gian lƣu của chất hấp phụ trong

tháp. Trung bình mức độ khử SO2 theo quá trình này đạt 98%.

Từ tháp 2 đi ra, chất hấp phụ đƣợc tách ra khỏi khí thải trong xiclon 3 và tiếp

theo khí thải đƣợc lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bụi bằng điện 4. Mức độ lọc bụi là

99.96% ÷ 99.98%

Hoàn nguyên:

Một phần chất hấp phụ thu đƣợc xiclon 3 quay về phễu nạp 1, phần còn lại cùng

với bụi đi ra từ thiết bị lọc bụi tĩnh điện 4 đi vào bể chứa 5 để hoà trộn với nƣớc.

Chất cặn nhão trong bể 5 đƣợc đƣa sang tháp hoàn nguyên amoniac 6 rồi đi tiếp

sang tháp oxy hoá 7, trong đó xảy ra phản ứng:

424244 )()(2 SONHOHMnOHNHMnSO

Tiếp theo là phản ứng oxi hoá hydrat bằng oxi trong không khí và hơi nƣớc:

OnHMnOOHnniOOHMn i 21222 .)1(5.0)(

Trong đó: i=0.5÷0.8 và n=0.1÷1.0

Amoniac thừa trong tháp 7 theo không khí vào tháp 6 và đƣợc tách ra ở đó để

quay lại tháp 7 tham gia vào các phản ứng nêu trên.

Các tinh thể mangan oxit hoàn nguyên đƣợc trong tháp 7 đƣợc tách ra ở máy

lọc 8 và trở lại chu trình làm việc, còn dung dịch (NH4)2SO4 vắt ra từ máy lọc 8

đƣợc cho bốc hơi và đóng bánh làm phân bón, hoặc có thể xử lý với vôi để thu

thạch cao CaSO4.

Bể tuyển nổi 9 đƣợc sử dụng để xử lý tro bụi bám trong hệ thống cùng với cặn

bùn ở máy lọc ly tâm 8 để thu hồi mangan oxit trả trở lại hệ thống. Cần ghi chú rằng

việc sử dụng dầu hoả ở bể tuyển nổi 8 không làm giảm khả năng khử SO2 của chất

hấp phụ, dầu hoả sẽ bốc hơi hoàn toàn trong khí thải mà không thâm nhập vào

amoni sunfat.

3.2.9 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền

Phản ứng giữa vôi (CaO) và đolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra nhƣ sau:

2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4

2 CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 = 2[CaSO4 + MgO] + 4CO2

Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760÷1040oC, cón phản

ứng giữa đolomit và SO2 - ở nhiệt độ 600÷1200oC.

Phƣơng pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy và quá trình khử khí SO2

thành một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải lắp

đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ.

Trên hình 3.24 là sơ đồ lò hơi đốt nhiên liệu than nghiền có trộn vôi để khử khí

SO2.


- 101 -

Than nghiền với cỡ hạt có kích thƣớc trên 6 mm đƣợc trộn với vôi bột kích

thƣớc 1.6 ÷ 6 mm đổ thành lớp dầy bên trên ghi phân phối không khí 1. Không khí

đƣợc thổi qua lớp ghi từ dƣới lên trên với vận tốc trên toàn tiết diện ngang của

buồng đốt 0.6 ÷ 4.6 m/s. Không khí xuyên qua lớp than cháy ở nhiệt độ 760 ÷

1040oC làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt to và nặng bốc

lên rồi rơi xuống, còn các hạt mịn thì bay theo sản phảm cháy. Lớp than trong

buồng đốt sôi động do đó ngƣời ta gọi là quá trình đốt “giả lỏng” hoặc “giả sôi”.

Buồng đốt đƣợc bao quanh bằng các vách ống 2 để hấp thụ nhiệt bức xạ, trong đó

lƣu thông nƣớc và hơi. Ngoài ra trong lớp than giả lỏng còn có bố trí các dãy ống

xoắn 3 để nhận nhiệt trực tiếp từ lớp than cháy. Bên trên lớp than còn bố trí dãy ống

nằm ngang 4 vừa để nhận nhiệt vừa có tác dụng cản trở không cho các hạt than bốc

lên cao và theo khói ra ngoài. Trên đƣờng khói có bố trí các dàn ống nhận nhiệt đối

lƣu 5 và dàn ống 6 tận dụng nhiệt trong khói thải để hâm nóng nƣớc trƣớc khi cấp

vào các dàn ống chính. Khói thải đi ra khỏi lò có chứa tro, các hạt vôi hoặc đolomit

và than đƣợc lọc cấp thô trong xiclon 7 để thu hồi than chƣa cháy hết, tiếp theo

đƣợc lọc tinh ở bộ lọc 8 rồi thải ra khí quyển.

Lớp than nổi bên trên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn một ít

than chƣa cháy hết sẽ đƣợc thải ra ngoài và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO2 đƣợc

bổ sung vào buồng đốt qua ghi phân phối không khí hoặc qua cửa cấp than trên

vách lò.

Nhiệt độ cháy của lớp than giả lỏng đƣợc chọn trong khoảng 760 ÷1040oC là

với mục đích đạt hiệu quả khử SO2 cao nhất của vôi (khử đƣợc 90% SO2). Với nhiệt

Hình 3.25: Sơ đồ lò hơi với lớp than “giả lỏng”

1- Ghi phân phối không khí ; 2- Vách ống; 3- Dàn ống chìm trong lớp than; 4÷Dàn ống chắn; 5-

Dàn ống nhận nhiệt đối lƣu; 6- Dàn ống tận dụng nhiệt; 7- xiclon lọc thô; 8- Thiết bị lọc tinh

Không khí

Vôi hoặc

đolomit

Than

Tro, sunfat

Tro, bụi

Khói thải

1

2

3 3

4

5 6

7 8


- 102 -

độ trên thì sự hình thành và phát thải khí NOx đƣợc giảm thiểu ở mức 250 ÷

600ppm và vấn đề đóng cứng xỉ than cũng đƣợc hạn chế.

Hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: nhiệt độ,

kích thƣớc hạt và tỉ lệ giữa chất hấp phụ và lƣợng khí SO2 trong sản phẩm cháy.

Ngoài phƣơng pháp trộn chất hấp phụ vào than đốt trong lớp nhiên liệu giả

lỏng, ngƣời ta còn có thể thực hiện công nghệ xử lý SO2 bằng cách phun chất hấp

phụ cỡ 0 - 60µm vào buồng đốt bằng mũi phun đƣờng kính 2mm đặt ở độ cao 4m

bên trên vòi đốt.

3.2.10 So sánh lợi ích kinh tế của một số phƣơng pháp xử lý khí SO2

Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để xử lý khí SO2 trong khói thải, tuy nhiên

hiện nay chƣa có công trình nghiên cứu nào đầy đủ và toàn diện để khẳng định

phƣơng pháp nào là hợp lý nhất, kinh tế nhất.

Vấn đề kinh tế kỹ thuật của các phƣơng pháp xử lý phụ thuộc rất nhiều vào điều

kiện cụ thể của từng địa phƣơng, từng công trình.

Theo kết quả so sánh của Viện nghiên cứu làm sạch khí của Liên xô đối với 3

phƣơng pháp: magie, vôi và amoniac có chƣng cất ở các nhà máy nhiệt điện công

suất 600, 1200, và 2400MW thì phƣơng pháp magie là phƣơng pháp có chỉ tiêu

kinh tế kỹ thuật cao hơn cả.

Các nhà nghiên cứu Tiệp khắc đã tiến hành so sánh kinh tế của bốn phƣơng

pháp xử lý khí SO2: đá vôi, vôi nung, amoniac có chu kỳ và magie đối với nhà máy

nhiệt điện công suất 300MW và kết quả cũng cho thấy phƣơng pháp magie có hiệu

quả kinh tế cao nhất mặc dù chi phí đầu tƣ cho phƣơng pháp này cao hơn so với các

phƣơng pháp vôi nung và đá vôi.

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của một số phƣơng pháp khô xử lý SO2 cho nhà

máy điện công suất 8000MW.

Phƣơng

pháp

Sản phẩm thu

hồi

Chi phí đầu tƣ Hiệu

quả xử

lý ,%

Chi phí sản xuất

Chung,

106 đô la

Cho

1KW đô

la

Cho 1000

kWh, xen

Cho 1 tấn

nhiên

liệu, đô la

Khử SO2

bằng

nhôm

kiềm hóa

- Axit

-Lƣu huỳnh

14,217

8,51

17,77

10,64

100

100

7,2

7,9

0,55

0,61

Khử SO2

bằng

phƣơng

pháp phun

vôi bột

-Axit

-Không thu

hồi sản phẩm

17,0

0,8

21,25

1,0

100

90

67

34

5,5

14,35

10,6

5,9

0,4

1,13

0,78

0,43


- 103 -

H2S

Không khí

và hơi axit

Khí vào

Khí sạch

thoát ra

1

2

3 4

5

6

Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri cacbonat Na2CO3

1. tháp hấp thụ, 2. tháp giải hấp thụ, 3. quạt, 4. thiết bị sấy nóng không khí,

5. điều chỉnh mức dung dịch, 6. điều chỉnh lƣu lƣợng dung dịch tƣới

3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ĐIHIĐRO SUNFUA H2S

Khí H2S là loại khí chủ yếu sinh ra trong quá trình luyện cốc từ than đá, quá

trình lọc dầu, quá trình sản xuất công nghiệp. Khí H2S còn là một trong những

thành phần của khí đốt thiên nhiên. Ngoài ra, trong một số ngành công nghiệp khác

nhƣ chế biến xenlulo, sợi nhân tạo, nấu bột giấy, thuộc da, nấu thuốc nhuộm, xử lý

nƣớc thải, lƣợng khí H2S sinh ra cũng đáng kể.

Trƣớc kia các hệ thống xử lý và thu hồi khí H2S chủ yếu là phục vụ cho việc lọc

sạch khí công nghiệp nhƣ khí đốt thiên nhiên. Ngày nay ngoài việc lọc sạch khí

công nghiệp, việc xử lý và thu hồi H2S còn để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, khí

H2S thu hồi đƣợc tận dụng để sản xuất lƣu huỳnh đơn chất và axit sunfuric.

3.3.1 Xử lý H2S bằng Natri cacbonat, amoni cacbonat, hoặc kali phốtphát

Quá trình xử lý khí H2S bằng Na2CO3 đƣợc dựa trên cơ sở các phản ứng sau:

H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3

Phản ứng này diễn ra trong tháp hấp thụ 1 của hệ thống xử lý. Dung dịch bão

hòa từ tháp 1 chảy ra đƣợc làm bốc hơi bằng không khí nóng trong tháp giải hấp thụ

2 để thu hồi lại Na2CO3. và chu trình làm việc cứ thế tiếp diễn.

Khí H2S thu đƣợc từ tháp 2 sẽ đƣợc đƣa sang công đoạn tiếp theo để thu hồi lƣu

huỳnh đơn chất và hoàn nguyên vanadat.


- 104 -

Phản ứng thu hồi lƣu huỳnh có sự tham gia của natri vanadat NaVO3:

2NaHS + H2S + 4NaVO3 + ½ O2 = Na2V4O9 + 4NaOH +3S

Để hoàn nguyên vanadat ngƣời ta dùng chất xúc tác ADA (natri-amoni vanadat

và đisunfonat):

Na2V4O9 + 2NaOH + ½ O2 + 2ADA = 4NaVO3 + 2ADA

Ngƣời ta có thể thay thế natri cacbonat bằng kali photphat K3PO4 với những ƣu

điểm là:

- Có tính chất bền vững

- Phản ứng của nó với H2S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO2

trong khí thải.

- Sử dụng hơi nƣớc để làm bay hơi và thu hồi H2S.

Phản ứng khử H2S xảy ra nhƣ sau:

K3PO4 + H2S = K2HPO4 + KHS

Ngoài ra, có thể dùng amoni cacbonat và kali cacbonat làm dung dịch hấp thụ

đối với H2S:

(NH4)2CO3 + H2S = (NH4)2S + H2O + CO2 ↑

Amoni sunfua (NH4)2S thu đƣợc trong dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ sẽ đƣợc

phân huỷ thành NH3 và H2S. Dung dịch NH3 quay trở lại chu trình để kết hợp với

CO2 và H2O trong khói thải để tạo thành amoni cacbonat và phản ứng trên tiếp tục

xảy ra.

Không khí

Khí vào

Khí sạch

thoát ra

1 5

Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3

1. tháp hấp thụ, 2. tháp oxy hoa, 3. thùng phân ly, 4. thùng chứa lƣu huỳnh,

5. thùng rửa, 6. máy lọc ly tâm

6

4

2

3

Không

khí

Lƣu huỳnh


- 105 -

3.3.2 Xử lý khí H2S bằng dung dịch amoniac

Dùng amoniac để khử H2S trong khí thải là quá trình khá đơn giản và đƣợc áp

dụng rộng rãi. Trong thấp hấp thụ, H2S trong khí thải tiếp xúc với dung dịch

amoniac và chúng kết hợp vơi nhau theo phản ứng:

2NH3 + H2S = (NH4)2S

Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp amoniac sunfua (NH4)2S phân giải thành NH3

và H2S. Amoniac quay lại chu trình làm việc, còn H2S đƣợc đƣa sang công đoạn

điều chế axit hoặc lƣu huỳnh đơn chất.

Sơ đồ hệ thống xử lý đƣợc trình bày ở hình 3.28. Đây là quá trình tuần hoàn

100% dung dịch hấp thụ.

3.3.3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính

Quá trình hấp phụ khí H2S bằng than hoạt tính xảy ra nhờ hiện tƣợng oxy hoá

khí H2S trên bề mặt của than theo phản ứng:

H2S + ½ O2 = H2O + S + 222kJ/mol

Để thúc đẩy quá trình oxy hoá ngƣời ta thêm vào khí cần lọc một lƣợng nhỏ

amoniac (0.2g/m3).

Lƣu huỳnh đƣợc giải phóng ra trong phản ứng oxy hoá nêu trên dần dần tích tụ

trong lớp than và làm cho vật liệu hấp phụ trở nên bão hoà, lúc đó cần tiến hành

hoàn nguyên vật liệu hấp phụ bằng (NH4)2S theo phản ứng:

2(NH4)2S + 6S = 2(NH4)2S4

hoặc là:

Khí vào


Hơi nƣớc

H2S

NH3

1

2

3

4

5

6

Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng amoniac

1. tháp hấp thụ, 2, 3. Bình chứa, 4. thiết bị làm nguội, 5. bề

mặt trao đổi nhiệt, 6. tháp cất khí H2S


- 106 -

(NH4)2S + 9(n ÷1)S = (NH4)2Sn

Sau đó dung dịch đƣợc phân huỷ bằng hơi ở nhiệt độ 125 ÷130oC và áp suất

(1.7 ÷2).105 Pa để thu lại (NH4)2S và lƣu huỳnh đơn chất:

(NH4)2Sn (NH4)2S + (n ÷1)S

Lƣu huỳnh thu đƣợc có thể tách ra khỏi dung dịch nhờ sự khác nhau về khối

lƣợng đơn vị. Độ tinh khiết của lƣu huỳnh có thể đạt 99,9%, còn hơi ngƣng tụ lại

trong quá trình phân huỷ dung dịch là (NH4)2S sạch.

Sau khi tách lƣu huỳnh ra khỏi than bão hoà, ngƣời ta rửa than bằng nƣớc cho

tới khi không còn SO2 trong nƣớc mới thôi, sau đó than đƣợc sấy khô để dùng trở

lại.

Kết quả nghiên cứu thực tế cho biết kích thƣớc hạt than hoạt tính càng nhỏ thì

độ ngậm H2S của than càng lớn. thƣờng ngƣời ta sản xuất than có cỡ hạt 1 ÷2mm.

Ngoài ra, để quá trình hấp phụ của than hoạt tính xảy ra đƣợc triệt để, khí thải cần

đƣợc lọc sạch bụi để đƣa nồng độ bụi xuống còn 2 ÷3mg/m3 trƣớc khi đƣa vào hệ

thống hấp phụ.

3.3.4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ sắt oxít Fe2O3

Đây là phƣơng pháp cổ điển nhất đƣợc dựa trên các phản ứng sau:

Fe2O3 + H2S = Fe2S3 + H2O

2Fe2S3+3O2 = 2 Fe2O3 +6S

Sau khi bão hòa H2S, oxit sắt đƣợc hoàn nguyên bằng không khí (cấp oxi) để

thu lƣu huỳnh.

Tốc độ phản ứng hấp phụ H2S của oxit sắt phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa

khí và bề mặt vật liệu hấp phụ. Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng (xốp)

của vật liệu hấp phụ phải lớn. thƣờng độ rỗng của oxit sắt không nhỏ hơn 50%.

Điểu kiện tốt nhất cho quá trình hấp phụ khí H2S bằng oxit sắt là: nhiệt độ trong

khoảng 28 ÷30oC và độ ẩm của vật liệu hấp phụ khoảng 30%.

Để hoàn nguyên có thể áp dụng các phƣơng pháp sau:

- Oxy hoá vật liệu hấp thụ bằng oxy trong không khí.

- Thổi hỗn hợp khí có chứa 2 ÷3% oxi qua lớp vật liệu hấp phụ, nhiệt độ hoàn

nguyên khoảng 600 ÷800oC.

- Hoàn nguyên liên tục khối vật liệu hấp phụ bằng cách bổ sung vào dòng khí

cần xử lý một thể tích không khí với tính toán sao cho lƣợng oxi trong hỗn hợp gấp

1,5 lần lƣợng oxi lý thuyết cần cho quá trình oxi hóa. Nhƣ vậy qua 1tri2nh hoàn

nguyên xảy diễn ra song song với quá trình hấp phụ.

Ngoài ra có thể dùng Fe(OH)3 để khử H2S theo phản ứng sau

3H2S +2Fe(OH)3 = Fe2S3 +6 H2O +Q

Điều kiện tối ƣu cho phản ứng là nhiệt độ 28 ÷30oC, độ ẩm vật liệu không dƣới

30%. Quá trình này đƣợc áp dụng khi nồng độ khí H2S dƣới 0.5% tức là dƣới

7.5g/m3.

t,p


- 107 -

Sau khi bão hòa, vật liệu hấp phụ đƣợc hoàn nguyên bằng oxy trong không khí

với sự tham gia của hơi nƣớc. Kết quả thu đƣợc là sắt sẽ chuyển thành hydroxit và

lƣu huỳnh đơn chất đƣợc tách ra:

2Fe2S3 + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 +6S +606 kJ/mol

Thể tích không khí cấp cho quá trình hoàn nguyên đƣợc điều chỉnh tùy theo

nhiệt độ và hàm lƣợng oxy trong hỗn hợp khí đi vào hệ thống.

Vật liệu hấp phụ đƣợc xem là hết tác dụng khi hàm lƣợng lƣu huỳnh chiếm

50% khối lƣợng vật liệu. Lƣu huỳnh tích tụ trong vật liệu dần dần bao bọc các hạt

Fe(OH)3 và gây trở ngại cho sự thâm nhập của khí H2S vào bề mặt của các hạt vật

liệu hấp phụ. Lúc đó phải thay mới vật liệu hấp phụ, còn vật liệu hấp phụ hết tác

dụng thì đƣợc hoàn nguyên bằng phƣơng pháp nhiệt.

Hệ thống lọc rất đơn giản, bao gồm nhiều bình lọc lắp song song nhau theo

chiều đi của khí, trong mỗi bình có nhiều lớp vật liệu hấp phụ để khí lần lƣợt đi qua

hết lớp này đến lớp khác. Bề cao của mỗi lớp khoảng 0,3 ÷ 0,5 m. Hệ thống van

trên đƣờng ống dẫn khí cho phép cắt bất kỳ bình hấp phụ nào đã bão hòa để thay

mới vật liệu hấp phụ khác hoặc tiến hành hoàn nguyên. Nếu bình hấp phụ có 4 lớp

thì hiệu quả khử H2S có thể đạt 99,0 ÷ 99,9%. Ngoài hệ thống hấp phụ kiểu nhiều

bình ngƣời ta còn chế tạo thiết bị hấp phụ kiểu tháp.

Ngoài ra có thể dùng ZnO làm chất hấp phụ để khử H2S theo phản ứng

ZnO + H2S = ZnS + H2O

Không

khí

Hơi nƣớc

Nƣớc

Khí vào hệ thống lọc

Khí sạch

Fe2O3

1 1 2

Hình 3.30: Sơ đồ hấp phụ H2S bằng oxit sắt

1. tháp hấp phụ, 2. ejector


- 108 -

Dung dịch tƣới

Khí vào

Khí sạch

thoát ra

1

Hình 3.31: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri thioasenat

1. tháp hấp thụ, 2. bơm, 3. thiết bị làm nóng dung dịch, 4. tháp oxy hóa, 5. thùng

phân ly lƣu huỳnh, 6. thùng lắng lƣu huỳnh, 7. máy lọc ly tâm,

4

2

3 Không khí

5

6

7

Lƣu huỳnh

Khi loại vật liệu hấp phụ này hết tác dụng ngƣời ta thay mới chứ không hoàn

nguyên vì quá trình hoàn nguyên phức tạp và không kinh tế. vì vậy phƣơng pháp

này chỉ áp dụng để xử lý một lƣợng khí thải nhỏ với nồng độ ban đầu của H2S

không lớn lắm.

3.3.5 Xử lý H2S bằng Natri thioasenat Na4As2S5O2

Phản ứng hấp thụ khí H2S bằng dung dịch natri thioasenat xảy ra nhƣ sau:

H2S + Na4As2S5O2 = Na4As2S6O + H2O

Tiếp theo, natri thioasenat đƣợc hoàn nguyên theo phản ứng:

Na4As2S6O + O2 = 2Na4As2S5O2 + 2S

Hai phản ứng nêu trên xảy ra rất nhanh và là hai phản ứng chủ yếu trong hầu

hết các điều kiện vận hành.

Khi nồng độ ban đầu H2S trong khí thải rất cao hoặc khi thời gian tiếp xúc giữa

H2S và dung dịch hấp thụ kéo dài thì các phản ứng phụ, chậm hơn sẽ có thể xảy ra:

Hấp thụ:

Na4As2S6O +H2S = Na4As2S7 + H2O

Hoàn nguyên:

2Na4As2S7 + O2 = 2Na4As2S6O + 2S

Dung dịch hấp thụ natri thioasenat đƣợc chuẩn bị bằng cách hòa tan As2O3 và

Na2CO3 trong nƣớc với tỉ lệ: 1mol As2O3 : 2mol Na2CO3. Trong dung dịch sẽ có:

natri cacbonat, bicacbonat, natri asenit và axit asenic, các chất này sẽ phản ứng xen

kẽ với H2S và oxy để tạo thành natri thioasenat.

Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng natri thioasenat với sản phẩm cuối cùng thu

đƣợc là lƣu huỳnh:


- 109 -

Dung dịch bão hòa chảy ra từ đáy tháp hấp thụ 1 đƣợc bơm qua thiết bị cấp

nhiệt 3 để hâm nóng đến nhiệt độ ≈ 45oC rồi đi vào tháp oxi hóa 4, trong đó dung

dịch và không khí chuyển động cùng chiều từ dƣới lên trên. Không khí có tác dụng

tách lƣu huỳnh ra khỏi dung dịch và có tác dụng nhƣ chất tạo bọt, lƣu huỳnh dạng

bọt sẽ nổi lên trên bề mặt tháp oxy hóa và tràn qua vách ngăn trong thùng phân ly 5

để chảy vào bể lắng 6. Dung dịch đƣợc hoàn nguyên từ thùng phân ly 5 sẽ đƣợc đƣa

về tƣới cho tháp hấp thụ 1.

Hiệu quả xử lí có thể đạt từ 80→95%

3.3.6 Xử lý H2S bằng xút NaOH

Cơ sở của phƣơng pháp này là khí H2S kết hợp với NaOH theo các phản ứng

sau:

H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O

Na2S + H2S = 2NaHS

Na2S + H2O = NaHS + NaOH

Song song với các phản ứng trên, xút còn có tác dụng với cacbonic:

CO2 + NaOH = NaHCO3

NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O

Ngoài phản ứng khử H2S, trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hoá natri

sunfua Na2S tạo thành NaHS và Na2S2O3.

Na2S + H2O = NaHS + NaOH

2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O

Về mặt bảo vệ môi trƣờng thì 2 phản ứng phụ này là có lợi vì chúng góp phần

làm giảm nhẹ khâu xử lý dung dịch đã dùng xong trƣớc khi thải ra hệ thống thoát

nƣớc (NaS cần phải đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng)

Ngoài ra NaOH có thể thay thế bằng sữa vôi. Kết quả thu đƣợc của quá trình là

chất cặn nhão có chứa CaS, chất này cũng cẩn đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi

trƣờng.

Dung dịch xút đã sử dụng cũng nhƣ cặn nhão thu đƣợc khi dùng sữa vôi thay

thế có thể đƣợc xử lý bằng cách dùng vôi clorua (hỗn hợp các chất Ca(ClO)2, CaCl2

và Ca(OH)2) để oxi hoá cácliên kết sunfit.

Ưu điểm:

- Phƣơng pháp này đảm bảo khử đƣợc 100% H2S trong khí thải

- Hệ thống không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit

Sơ đồ hệ thống xử lý H2S bằng xút hoặc sữa vôi:

Khí thải đƣợc xử lý trong tháp rửa khí 1 với lớp đệm là khâu sứ Raschig. Hệ

thống đƣợc thiết kế với một lƣợng dung dịch đã sử dụng đƣợc thải liên tục ra ngoài

sau khi đã qua xử lý với vôi clorua (hỗn hợp bao gồm các chất: Ca(ClO)2, CaCl2 và

Ca(OH)2). Nồng độ chất kiềm đi qua tháp rửa khí 1 đƣợc khống chế ở mức 7g/l.

Vận tốc khí trong tháp 1 là 0,6m/s. Lƣợng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về cho 1

kg lƣu huỳnh là 8kg. Phƣơng pháp này đảm bảo khử 100% H2S trong khí thải


- 110 -

3.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx

3.4.1 Hấp thụ NOx bằng dung dịch amoni cacbonat

Atsukawa M và cộng sự ở hãng công nghiệp nặng Mitsubishi (Nhật Bản) đã

nghiên cứu quá trình xử lý NOx bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3 trong tháp hấp thụ

đƣờng kính 0.4m và cao 2.6m đƣợc đệm bằng khâu Raschig 25mm. Hiệu quả của

quá trình hấp thụ còn đƣợc nâng cao đáng kể khi dùng các tấm nhựa polyvinyl gợn

sóng làm lớp đệm trong tháp hấp thụ, hiệu quả đạt đến 95.1%

Bảng 3.8: Khả năng hấp thụ NO và NO2 trong tháp hấp thụ có lớp đệm

Lƣu lƣợng, kg/m2.h Hệ số trao đổi

chất KGa,

kmol/m2.h.kPa

Nồng độ NO + NO2, ppm Hiệu

quả hấp

thụ, % Khí Dung dịch NO + NO2

ban đầu

NO2 cuối

Lớp đệm: khâu Raschig 25 mm

2063 15050 0,29 1970 630 68

2580 15050 0,34 2040 700 65,7

2990 15050 0,37 19201 710 63

Lớp đệm: tấm nhựa polyvinyl gợn sóng

1180 5250 0,405 2100 270 95,1

2360 5250 0,77 2100 590 89,6

2950 5250 0,875 1800 800 84,6

Khí vào

Khí sạch

thoát ra

Nƣớc thải

1

5

6

4

2 3

Hình 3.32: Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng NaOH hoặc sữa vôi

1. tháp rửa khí, 2. thùng chứa dung dịch đã dùng, 3. thùng xử lý dung dịch trƣớc

khi thải ra ngoài, 4. thùng chứa dung dịch mới, 5. thùng vôi clorua, 6. bơm


- 111 -

3.4.2 Hấp thụ khí NOx bằng nƣớc

Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa oxít nitơ với nồng độ thấp thƣờng

đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp dùng nƣớc rửa khí trong các loại thiết bị nhƣ tháp rửa

khí, thiết bị sục khí sủi bọt,…Hiệu quả khử NOx theo các phƣơng pháp nêu trên

thƣờng không cao, tối đa là 50%.

Hiệu quả hấp thụ NO2 và N2O4 bằng nƣớc phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của

NOx trong khí thải và loại vật liệu hấp thụ.

Khi hấp thụ NO2 bằng nƣớc, một phần axit nitric đƣợc sinh ra ở pha khí:

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO + Q

Để xử lý các oxit nitơ, ta có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng:

NO + H2O2 NO2 + H2O

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

N2O3 + H2O2 N2O4 + H2O

N2O4 + H2O HNO3 + HNO2

Yếu tố cơ bản để xác định kinh tế của quá trình là lƣu lƣợng oxi già (vào

khoảng 6 kg trên 1 tấn axit).

Hấp thụ NOx thành axit HNO3 tăng theo độ tăng của nồng độ axit và áp suất

riêng phần của NOx. Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác. Hiệu quả xử lý

có thể đạt 97%.

Khí vào

Về trạm lạnh

Chất tải lạnh


(NH4)2CO3

1

2

3 4

Hình 3.33: Sơ đồ hệ thống xử lý NOx bằng dung dịch amoni

cacbonat

1. thiết bị hấp thụ, 2. bộ trao đổi nhiệt làm nguội dung dịch, 3. bể chứa

dung dịch, 4. bơm


- 112 -

3.4.3 Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel và than hoạt tính

Khí thải có chứa 1 ÷ 1.5% NOx có thể đƣợc xử lý bằng các chất hấp phụ nhƣ

silicagel, alumogel, than hoạt tính,v.v…

Khi trong chất hấp phụ có chứa đioxít nitơ thì nó trở thành chất xúc tác để oxy

hoá các oxít nitơ thành nitơ đioxít. Nitơ đioxit bị hấp phụ vào các chất nêu trên và

có thể đƣợc tách ra khỏi chúng bằng cách đun nóng.

Khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn nêu trên nói chung là rất thấp. Do đó

muốn đạt yêu cầukhử NOx một cách triệt để cần lắp hệ thống có nhiều tầng hấp phụ

nối tiếp nhau, dẫn đến tiêu hao nhiều năng lƣợng để thắng sức cản khí động của hệ

thống.

Mặt khác, bụi trong khí thải cũng làm giảm nhanh chóng khả năng hấp phụ của

vật liệu, do đó khí thải trƣớc khi đi vào hệ thống hấp phụ cần đƣợc lọc sạch bụi, tro.

Tuy nhiên bên cạnh những nhƣợc điểm trên, sử dụng chất hấp phụ để khử NOx có

những ƣu điểm của nó là có khả năng thu hồi NO2 nồng độ cao để điều chế axit

nitric phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp.

3.4.4 Giảm thiểu có xúc tác lƣợng khí NOx bằng các chất gây phản ứng

khử khác nhau

1. Khử nitrogen oxide có xúc tác và nhiệt độ cao

Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NOx với khí khử trên bề mặt xúc tác. Xúc tác có

thể là kim loại nhóm platin (paladin (Pd), ruteni (Ru), rodi (Rh), platin (Pt)) hoặc rẻ

hơn nhƣng kém hiệu quả và kém ổn định hơn nhƣ niken, crôm, đồng, kẽm, vanadi

(V), xeri (Ce)… Với mục đích tăng bề mặt tiếp xúc, chúng đƣợc phủ lên các vật liệu

xốp nhƣ: sứ, oxide nhôm, silicagen, băng kim loại… có hình dạng khác nhau.

Chất khử là methane, khí tự nhiên, khí tan hoặc khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hổn

hợp nitơ - hidro.

Hiệu quả khử NOx phụ thuộc hoạt tính của xúc tác.

Khí thải chứa NOx của sản xuất axit nitric cần phải đun từ 30 ÷ 35oC lên nhiệt

độ cháy của xúc tác. Nhiệt độ này phụ thuộc chất khử: 450 đến 480oC đối với

metan, 350oC đối với propan và butan, 150 ÷ 200

oC đối với hydro và oxide cacbon.

Bản chất của quá trình khử đƣợc biểu diễn bằng các phản ứng sau:

4NO + CH4 2N2 + CO2 + 2H2O

2NO + CH4 N2 + CO2 + 2H2O

2NO + 2CO N2 + 2CO2

2NO2 + 4CO N2 + 4CO2

2NO + 2H2 N2 + 2H2O

2NO2 + 4H2 N2 + 4H2O

Trên thực tế thƣờng sử dụng khí tự nhiên do dễ kiếm và rẻ. Các quá trình khử là

phản ứng tỏa nhiệt nhƣng nhiệt lƣợng để đun nóng hổn hợp phản ứng chủ yếu là


- 113 -

nhiệt phản ứng của chất khử với oxi vì nồng độ trong khí lớn hơn nồng độ NOx

nhiều lần. Trong quá trình khử nhiệt độ khí tăng nhanh đến 700oC và lớn hơn, do đó

cần phải sử dụng xúc tác bền nhiệt hoặc chất khử có nhiệt độ cháy thấp hoặc tiếp

xúc theo bậc với sự làm ngƣợc trung gian.

Quá trình khử NOx bằng xúc tác nhiệt bảo đảm hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên

còn tồn tại các nhƣợc điểm sau: tiêu hao nhiều khí khử, cần làm sạch khí khỏi oxide

cacbon (nồng độ khoảng 0,1 ÷ 0,15%), chỉ đƣợc sử dụng khí có nồng độ thấp (đến

0,5% đối với NOx và đến 4 ÷ 5% đối với oxi)

2. Khử NOx với xúc tác chọn lọc.

Quá trình này thuận lợi hơn quá trình khử nhiệt độ cao ở chỗ chất khử phản ứng

chủ yếu với NOx và hầu nhƣ không tƣơng tác với oxi. Chất khử là ammoniac với

lƣu lƣợng tƣơng đƣơng hoặc lớn hơn 10 ÷ 15% so với lƣợng chất khử đƣợc tính

theo phƣơng trình lƣợng hóa học. Quá trình diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:

6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O

8NO + 2NH3 5N2O + 3H2O

5NO2 + 2NH3 7NO + 3H2O

Vì vậy, sản phẩm phản ứng không độc (nitơ và nƣớc).

Ôxi trong khí thải thúc đẩy phản ứng khử:

4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O

Nhiệt độ phản ứng khử tƣơng đối thấp 180 ÷ 360oC và tỏa ra lƣợng nhiệt không

lớn. Vì vậy, nhiệt độ của khí tăng lên trong vùng xúc tác chỉ 10 ÷ 20oC.

Khí ammoniac dƣ sẽ bị oxi trong khí thải:

4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O

Quá trình này yêu cầu thiết bị đơn giản và đã đƣợc ứng dụng trong sản xuất

HNO3 dƣới áp suất 0,35 MPa. Khí thải chứa 0,2% (thể tích) (NO + NO2). Hiệu quả

xử lý 96%, tổng hàm lƣợng (NO + NO2)trong khí đã xử lý không vƣợt quá 0,01%

(thể tích), NH3 đến 0,015% (thể tích).

Để xử lý khí thải chứa 1 ÷ 30% NOx bằng NH3 có thể sử dụng xúc tác là zeolit.

Quy trình đạt hiệu quả cao ở nhiệt độ 330 ÷ 480oC.

Quy trình xử lý khí thải chứa NOx, không chứa bụi và SO2 thƣờng đƣợc tiến

hành với vận tốc thể tích (3 ÷ 9).10-3

1/h, nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 220 ÷

400oC và với tỷ lệ mol NH3 : NOx trong khoảng 0,8 ÷1,3 phụ thuộc xúc tác.

Xử lý khí thải NOx chứa bụi và SO2 cũng đƣợc tiến hành với cùng lƣu lƣơng

thể tích, ở nhiệt độ 350 ÷ 400oC và tỷ lệ mol NH3 : NOx = 0,8 ÷ 1,2. Xúc tác trong

trƣờng hợp thứ nhất là oxide sắt, đồng, vanadi, crôm phủ trên oxide nhôm.

3. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác.

Phƣơng pháp phân hủy nhiệt NOx trong khí thải của sản xuất axit oxalic chứa 2

÷ 3% và 10 ÷ 15% O2 dựa trên chất khử là khí tự nhiên. Khí đƣợc đun nóng đến


- 114 -

400oC trong thiết bị truyền nhiệt (nhờ nhiệt lƣợng của khí sau xử lý) và cho vào

thiết bị phản ứng cùng với khí tự nhiên và không khí để đốt cháy nó. Trong thiết bị

phản ứng ở 1.000 ÷ 1.100oC diễn ra sự phân hủy NOx thành các sản phẩm không

độc. Khí nóng này đi qua buồng đốt phụ trợ ở 600oC đi qua thiết bị truyền nhiệt để

nhƣờng nhiệt lƣợng cho khí thải ban đầu và sau đó ở 200oC nhờ quạt đẩy qua ống

khói thải vào khí quyển.

Thể tích thiết bị phản ứng (V, m3) và mức độ phân hủy NOx (, %) đƣợc tính

theo công thức:

= 38,75 - 0,055t

V = 22,4G100

KQCNO

Trong đó:

Q - lƣu lƣợng khí thải, (m3/h).

CNO - nồng độ NO trong khí thải, (% thể tích).

K - hệ số bằng 2,1 ÷2,2

G - vận tốc phân hủy NOx, (kmol/m3.h)

G = 0,2805 ÷0,66.10-3

t

t - nhiệt độ, (oC)

Lƣu lƣợng khí tự nhiên cần thiết Qk đƣợc tính theo công thức sau:

q

ΔHQtCQQCtCQKQ NONOvkkkkRRR1

k

Trong đó:

Q, QNO, Qkk - lƣu lƣợng khí thải, oxide nitrogen và không khí đi vào

thiết bị phản ứng, (m3/h).

QR - lƣu lƣợng khí ra khỏi thiết bị phản ứng, (m3/h).

CR, C, Ckk - nhiệt dung riêng khí ra, khí vào, không khí, (J/m3).

HNO - hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy, (J/m3).

q - nhiệt trị khí tự nhiên, (J/m3).

K1 - hệ số thất thoát nhiệt vào môi trƣờng xung quanh (K1 = 1,1 ÷1,2)

Khi xử lý một thể tích tƣơng đối nhỏ khí thải chứa NOx phƣơng pháp phân hủy

nhiệt độ cao NOx bởi chất khử đồng thể về mặt kinh tế có lợi hơn so với phƣơng

pháp xúc tác và kiềm. Với nhiệt độ trong cùng phản ứng 1000oC phƣơng pháp này

bảo đảm mức độ phân hủy NOx trong khí thải còn 0,05 ÷ 0,7% và sau khi phát tán

vào khí quyển qua ống khói cao 50m, bảo đảm nồng độ môi trƣờng xung quanh

thỏa mãn nồng độ cho phép.

Để xử lý một thể tích lớn khí thải với nồng độ NOx nhỏ chất khử có thể dùng là

khí ammoniac, khi đó cho phép giảm đáng kể nhiệt độ của quá trình phân hủy.

Ở nhiệt 30 ÷ 40oC diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt nhƣ sau:


- 115 -

NH4 + H2O NH4OH

2NO2 + 2NH4OH NH4NO2 + NH4NO3 + H2O

N2O3 + 2NH2OH 2NH4NO2 + H2O

Sự đun nóng dòng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các acrosol nitric và nitrat

tạo thành các sản phẩm không độc.

NH3NO2 N2 + 2H2O

NH4NO3 N2 + 2H2O + ½ O2

Nitric amon phân rã mãnh liệt ở 70 ÷ 80o, còn nitrat amoni phân hủy ở nhiệt độ

230 ÷ 240oC. Nếu nồng độ NOx trong khí thải 0,4% (tt) và ammonia đƣợc nhập vào

với số lƣợng lớn theo phƣơng trình lƣợng hóa học thì mức độ phân hủy các muối ở

250oC là 98%, còn ở 300

oC là 100%.

Sử dụng cacbamit ở dạng dung dịch với nƣớc hoặc trong axit HNO3, H2PO4,

H3PO4 làm giảm nhiệt độ phân hủy. Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm

sạch không quá 80%.

Sử dụng dung dịch nƣớc – cacbamit:

NO2 + H2O HNO3 + HNO2

2HNO2 + CO(NH2)2 2N2 + CO2 + 3H2O

N2O3 + CO(NH2)2 2N2 + CO2 + 3H2O

Sử dụng dung dịch axit nitric - cacbamit:

NO + NO2 + HNO3 + 2CO(NH2)2 2N2 + NH4NO3 + 2CO + H2O

Cacbamit đƣợc dùng ở dạng bột hoặc phủ trên các chất mang xốp hay đƣợc ép

cùng với nó. Hiệu quả xử lý NOx có thể đạt 85 ÷ 99% và lớn hơn.

3.4.5 Giảm thiểu sự phát sinh khí NOx bằng cách điều chỉnh quá trình

cháy

Sự phát thải khí NOx trong quá trình đốt nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố:

- Nhiệt độ cháy: đây là yếu tố quan trọng nhất của sự hình thành khí NOx trong

sản phẩm cháy. Nhiệt độ cháy càng cao thì nồng độ NOx trong sản phẩm cháy càng

lớn.

- Tỷ lệ nhiên liệu - không khí: hệ số thừa không khí càng lớn thì càng tạo điều

kiện cho nitơ của không khí cũng nhƣ nitơ của nhiên liệu kết hợp với oxy của không

khí để hình thành các oxít nitơ.

- Mức hoà trộn giữ nhiên liệu, không khí và sản phẩm cháy: nếu nhiên liệu và

không khí đƣợc hoà trộn sao cho phần lớn quá trình cháy xảy ra trong điều kiện

giàu nhiên liệu thì sự hình thành khí NOx sẽ đƣợc hạn chế. Ngoài ra hoà trộn một

phần sản phẩm cháy (khói) ngƣợc trở lại vào buồng đốt làm cho nhiệt độ cháy giảm

thấp và nhờ đó sự hình thành khí NOx cũng giảm theo.

- Cường độ hấp thu nhiệt của lò càng lớn tức nhiệt của quá trình cháy truyền

cho chất mang nhiệt (nƣớc, hơi) qua các bề mặt hấp thu nhiệt bức xạ, đối lƣu của lò


- 116 -

càng mạnh, càng nhanh thì đỉnh nhiệt độ của quá trình cháy càng giảm và sự hình

thành khí NOx cũng đƣợc hạn chế.

- Loại nhiên liệu: cùng một luợng nhiệt sản sinh ra nhƣ nhau thì thứ tự sắp xếp

các loại nhiệu liệu phát thải khí NOx từ nhiều đến ít là: than, dầu, khí đốt.

Dựa vào các yếu tố ảnh hƣởng trên đối với sự hình thành khí NOx của quá trình

cháy, ngƣời ta có thể đề ra một số giải pháp sau nhằm giảm thiểu mức độ phát thải

khí NOx. Đây là phƣơng pháp kinh tế nhất, giải quyết vấn đề từ gốc.

Hạ thấp hệ số thừa không khí:

Cấp khí cho quá trình cháy sát với tỉ lệ tính toán về nhu cầu oxy theo các

phƣơng trình phản ứng cháy của các thành phần cháy trong nhiên liệu, từ đó hạn

chế đƣợc lƣợng oxy thừa có khả năng kết hợp với nitơ tạo thành NOx . Giải pháp

này đã đƣợc áp dụng cho nhiên liệu dầu và khí đốt.

Tổ chức quá trình cháy hai giai đoạn:

Đầu tiên cấp không khí dƣới mức nhu cầu tính toán đối với nhiên liệu dầu và

khí trong buồng đốt, sau đó cấp không khí bổ sung ở nhiệt độ ở nhiệt độ thấp hơn

để phần nhiên liệu chƣa cháy hết cũng nhƣ sản phẩm cháy hạ bớt nhiệt độ trƣớc khi

cháy tiếp đến hoàn toàn. Nhƣ vậy sẽ tránh đƣợc sự tiếp xúc của nitơ và oxy ở vùng

nhiệt độ cao và phần lớn quá trình cháy sẽ xảy ra trong điều kiện giàu nhiên liệu.

Tuần hoàn sản phẩm cháy

Một phần sản phẩm cháy (10 ÷20%) đƣợc tuần hoàn trở lại vùng ngọn lửa với

mục đích hạ thấp nhiệt độ ngọn lửa và giảm bớt lƣợng oxy thừa. Có thể thực hiện

giải pháp này bằng cách thổi hỗn hợp không khí ÷sản phẩm cháy vào buồng đốt

theo tỉ lệ thích hợp.

Ngoài các giải pháp nêu trên, vấn đề cấu tạo buồng đốt cũng đóng vai trò quan

trọng trong việc hạn chế phát sinh khí NOx. Khi bố trí vòi đốt theo phƣơng tiếp

tuyến xiên góc với thành lò, sản phẩm cháy sẽ chuyển động xoáy ốc từ dƣới lên trên

tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu hoà trộn đều đặn, nhờ đó sự phân bố nhiệt

độ vƣợt qua giới hạn hình thành khí NOx. Ngƣợc lại, khi bố trí vòi đốt theo phƣơng

trực giao với thành lò, khí nóng có xu hƣớng tập trung vào giữa của buồng đốt, do

đó nhiệt độ ngọn lửa có xu hƣớng tập trung vào vùng giữa của buồng đốt, do đó

nhiệt độ ngọn lửa ở đó tăng cao và khí NOx có điều kiện hình thành nhiều hơn.

3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ FLO VÀ HỢP CHẤT CỦA FLO.

Nhiều hợp chất của flo nhƣ: Hydroflorua (HF), silic tetraflorua (SiF4), axit

hexaflosilixic (H2SiF6) đƣợc tìm thấy nhiều trong khói thải của ngành công nghiệp

sản xuất phân supephotphat, quá trình nấu nhôm, điện phân nhôm.

Flo và hợp chất của nó rất độc hại, nồng độ trung bình ngày đêm cho phép của

HF trong không khí xung quanh là 5 µg/cm3 (TCVN 5938 – 2005). Do đó việc xử

lý flo và các hợp chất của nó là hết sức cần thiết.

3.5.1 Hấp thụ khí florua bằng nƣớc.


- 117 -

Florua rất dễ tan trong nƣớc, do đó dùng nƣớc để hấp thụ florua có thể đảm bảo

giảm nồng độ florua trong khí thải xuống dƣới mức cho phép.

Các dạng thiết bị hấp thụ nhƣ tháp rửa khí tƣới nƣớc cùng chiều hoặc ngƣợc

chiều, có lớp đệm hoặc không lớp đệm.

Một dạng thiết bị rửa khí khác rất dễ chế tạo là loại buồng phun ngang trong đó

có các tấm lƣới bằng sợi thuỷ tinh đƣợc tƣới nƣớc. Buồng phun đƣợc chia làm

nhiều phân đoạn, các phân đoạn đƣợc ngăn cách nahu bằng tấm chắn nƣớc.

Số liệu thực tế của hệ thống rửa khí florua bằng nƣớc cho biết: khi nồng độ HF

ban đầu trong khí thải là 850 mg/m3, cƣờng độ tƣới 2l/m

3, hiệu quả của hệ thống đạt

đƣợc là 98% (nhiệt độ đầu vào 300oC, nhiệt độ đầu ra là 70

oC).

Nƣớc ra từ thấp hấp thụ có chứa axit có thể dùng nƣớc vôi để trung hoà trƣớc

khi xả ra ngoài.

3.5.2 Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH.

Khi trong khí thải có chứa flo dạng khí thì không thể dùng nƣớc để hấp thụ

đƣợc vì không phải lúc nào flo cũng chịu tác dụng với nƣớc, hơn nữa hệ thống có

thể hình thành hỗn hợp gây cháy nổ. Trong trƣờng hợp đó chất hấp thụ thích hợp là

dung dịch NaOH 5 ÷ 10%.

Phản ứng giữa flo, hydroflorua với NaOH xảy ra nhƣ sau:

F2 + 2NaOH = 2NaF + ½ O2 + H2O

HF + NaOH = NaF + H2O

Natri florua thu đƣợc từ các phản ứng trên ít hoá tan trong dung dịch kiềm, dễ

gây tắc lớp đệm trong thiết bị hấp thụ. Ngoài ra, natri florua là chất độc hại, không

thể thải trực tiếp ra ngoài đƣợc. Để giải quyết vấn đề này, đồng thời để hoàn nguyên

dung dịch NaOH, ngƣời ta dùng vôi tôi CaO. Phản ứng hoàn nguyên là:

2NaF + CaO + H2O = CaF2 + 2NaOH

hoặc 2NaF + Ca(OH)2 = CaF2 + 2NaOH

Hình 3.34: Sơ đồ hệ thống xử lý Flo bằng NaOH

1- Tháp hấp thụ; 2 – Bể hoàn nguyên; 3 – Bể lắng; 4- Bộ trao đổi nhiệt

Vôi thừa, CaF2

Sữ

a v

ôi

NaO

H 2

5%

NaOH 5 ÷ 10%

Dung dịch NaF

2 Khí vào

Khí sạch

1

3

4


- 118 -

Khí thải chứa flo và hydro florua đi vào tháp hấp thụ 1và đƣợc tƣới dung dịch

NaOH 5 ÷ 10% qua vòi tƣới . Khí sạch theo ống thải thoát ra ngoài. Dung dịch từ

tháp hấp thụ chảy ra đƣợc bơm vào bể hoàn nguyên 2 để hoà trộn với sữa vôi bơm

từ bể chứa vôi lên, tại đó xảy ra phản ứng hoàn nguyên với điều kiện đƣợc khuấy

đều. Hỗn hợp ở bể 2 chảy vào bể 3 để lắng trong, phần cặn lắng xuống đáy bể có

canxi florua và vôi còn thừa. Phần dung dịch đã lắng trong của bể 3 đƣợc bơm lên

tƣới trở lại vào tháp hấp thụ. Các bộ trao đổi nhiệt 4 có tác dụng khống chế nhiệt độ

dung dịch tƣới nằm trong khoảng 38 ÷ 65oC.

Sữa vôi đƣợc chuẩn bị bằng cách bổ sung vôi cục hoặc vôi đã tôi từ thùng chứa

qua băng tải vào bể ngâm vôi.

Dung dịch NaOH ban đầu có nồng độ 50% đƣợc bơm vào bể chứa, ở đó đƣợc

pha thêm nƣớc để đƣợc nồng độ 25% và bổ sung vào bể lắng 3 theo nhu cầu. Khi

cặn bùn trong bể lắng 3 đã tích tụ nhiều, phần dung dịch trong bên trên đƣợc bơm

lên thùng phân ly, còn cặn bùn đƣợc hút thải ra ngoài.

Nồng độ của dung dịch NaOH tƣới vào tháp không đƣợc thấp hơn 2%, bởi vì

lúc đó sẽ hình thành điflo oxit (F2O) rất độc. Ngoài ra, nếu thời gian tiếp xúc giữa

khí thải và dung dịch hấp thụ quá ngắn (1 giây) thì hiện tƣợng phát sinh F2O cũng

xảy ra. Do đó hệ htống hấp thụ phải đƣợc thiết kế với thời gian tiếp xúc tƣơng đối

dài để tránh hiện tƣợng trên và các phản ứng giữa flo và NaOH mới xảy ra hoàn

toàn.

3.6 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CLO.

Khí clo đƣợc sinh ra từ một số nhà máy hóa chất nhƣ: nhà máy sản xuất clo,

clorua vôi, axit clohyđric, các hợp chất vô cơ và hữu cơ của clo, magie v.v…

Có hai phƣơng pháp chính để khử clo là: phƣơng pháp dùng sữa vôi và phƣơng

pháp dùng sunfua đioxit.

3.6.1 Khử khí clo bằng sữa vôi.

Cơ sở của phƣơng pháp dùng sữa vôi để khử clo là cho clo phản ứng với vôi tôi

Ca(OH)2 nhƣ sau:

Giai đọan một:

2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2O

Phản ứng trên xảy ra trong điều kiện môi trƣờng kiềm (có đầy đủ vôi) và cho ra

các chất canxi hypoclorit, canxi clorua và nƣớc.

Giai đọan hai: bắt đầu khi vôi đã tác dụng hết với clo mà clo vẫn tiếp tục đƣợc

bổ sung vào quá trình, lúc đó ta sẽ có:

Cl2 + H2O = HCl + HclO

Ca(OCl)2 + 4HClO = Ca(ClO3)2 + 4 HCl

2Ca(OCl)2 + 4HCl = 2CaCl2 + 4HclO

Nhƣ vậy trong điều kiện bình thƣờng, khi cung cấp thừa một lƣợng nhất định

chất kiềm thì quá trình chỉ diễn ra theo giai đọan một.


- 119 -

Khi trong khí thải có chứa CO2 và HCl, ta sẽ có các phản ứng kèm theo sau đây:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Và Ca(OH)2 + 2HCl = 2CaCl2 + 2H2O

Chất canxi hypoclorit thu đƣợc của quá trình khử clo theo giai đọan một cần

đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra ngoài để tránh gây độc hại cho môi trƣờng xung quanh.

Có thể phân giải canxi hypoclorit bằng xúc tác ở nhiệt độ 70 ÷ 80oC. Chất xúc tác là

hỗn hợp trong nƣớc của các muối sunfat của 3 kim loại: niken, đồng và sắt theo tỉ lệ

1:1:3. Kết quả thu đƣợc là:

Ca(OCl)2 → CaCl2 + O2

Khí thải sau khi đƣợc làm nguội đến nhiệt độ 70oC đi vào tháp hấp thụ 1 đƣợc

tƣới bằng dung dịch sữa vôi, ở đó các chất khí clo, HCl và CO2 bị sữa vôi hấp thụ,

đồng thời khí đƣợc làm nguội đến nhiệt độ 30 ÷ 40oC. Khí sạch đi qua bộ phận chắn

nƣớc 2 rồi thoát ra ngoài. Để lớp đệm của thiết bị hấp thụ cũng nhƣ tấm chắn nƣớc

không bị đóng cặn, ngƣời ta bố trí hệ thống cấp nƣớc để giội rửa định kỳ.

Dung dịch sữa vôi đã sử dụng từ thấp hấp thụ 1 chảy vào bể tuần hoàn 3, phần

cặn lắng xuống dƣới, còn phần lắng trong ở bên trên đƣợc bơm lên tƣới trở lại cho

tháp hấp thụ 1. Một phần dung dịch từ bể 3 đƣa qua bể phân hủy 4, ở đó đƣợc cấp

hỗn hợp xúc tác qua bộ phận khống chế liều lƣợng 5, sau đó dung dịch từ bể 4 đƣợc

Hình 3.35: Sơ đồ hệ thống xử lý Clo bằng sữa vôi

1- Tháp hấp thụ; 2 – Tấm chắn giọt chất lỏng; 3 – Bể tuần hoàn; 4- bể phân

hủy ,5 – Bộ phận điều chỉnh lƣu lƣợng xúc tác; 6 – Tháp xử lý nhiệt

Khí vào

Khí sạch

Vôi

mớ

i

Dung d

ịch x

úc

tác

5

Hơi nƣớc

Chất thải

Nƣớc giội định kì H2O, O2

1

2

3 4

6

9


- 120 -

bơm vào tháp xử lý nhiệt 6 để thực hiện quá trình phân hủy hypoclorit trƣớc khi thải

ra ngoài.

Sữa vôi mới với nồng độ 150g/l CaO đƣợc bổ sung định kỳ vào bể tuần hoàn 3

để bù lại số dung dịch thải ra ngoài. Qua 1trình phân hủy canxi hypoclorit phải kéo

dài 45 ÷ 90 phút.

Theo số liệu thực tế của Viện nghiên cứu Làm sạch khí của Liên Xô cũ, phƣơng

pháp trên cho hiệu quả xử lý 95 ÷ 98%.

Ưu điểm:

- Đơn giản

- Nguyên liệu có sẳn

- Rẻ tiền

Nhược điểm:

- Sự hình thành canxi hypoclorit trong dung dịch sữa vôi đòi hỏi phải xử lý

trƣớc khi thải ra cống rãnh.

- Tiêu hao nhiều sữa vôi nhất là khi trong khí thải chứa nhiều CO2.

3.6.2 Xử lý khí clo theo phƣơng pháp axit.

Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng khi trong khí thải ngoài clo ra còn chứa nhiều

khí sunfua đioxit. Quá trình xử lý đƣợc thể hiện bằng các phản ứng sau:

SO2 + H2O = H2SO3

H2SO3 + Cl2 + H2O = H2SO4 + 2HCl

Phƣơng pháp axit cho khả năng khử đồng thời clo và SO2, kết quả thu đƣợc là

HCl 10 ÷ 15% có thể tận dụng cho nhiều mục đích khác trong công nghiệp.

Một dạng tƣơng tự của phƣơng pháp axit đƣợc áp dụng để xử lý khí thải từ lò

điện kiểu đứng của nhà máy sản xuất magie nhƣ sau:

Khí thải chứa HCl và SO2 nồng độ trung bình khỏang 1.3% theo thể tích, bụi

với nồng độ 15 g/m3 gồm các clorua canxi, natri và magie. Khí thải ở nhiệt độ

200oC đi vào hệ thống hấp thụ. Tháp hấp thụ đầu tiên đƣợc tƣới bằng dung dịch axit

clohydric loãng theo sơ đồ tuần hoàn, ở đó chủ yếu là khử đƣợc bụi và hạ nhiệt độ

xuống khỏang 65oC. Tiếp theo khí sẽ đi vào tháp hấp thụ thứ 2 tƣới bằng dung dịch

axit clohydric 9.7%, tại đây 97% HCl trong khí thải đƣợc khử, nhiệt độ giảm xuống

còn 55 ÷ 56oC. Sau đó khí đi qua bộ phận tách giọt nƣớc rồi thoát ra ngoài. Trong

quá trình tƣới, axit clohydric sẽ đậm đặc đến nồng độ 10% hoàn, tại đó axit đƣợc

lọc cặn bẩn và pha thêm nƣớc với tỉ lệ thích hợp để bơm lên tƣới trở lại cho các

tháp hấp thụ.

Một phần axit HCl thừa thi đƣợc có nồng độ 10% có thể đƣợc trữ lại nhƣ sản

phẩm của hệ thống để cung cấp cho các nơi tiêu thụ.


- 121 -

3.7 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI

3.7.1 Khái niệm chung về mùi và các chất có mùi

Trong các loại ô nhiễm không khí có lẻ ô nhiễm mùi là vấn đề phức tạp nhất bởi

vì mùi là hiện tƣợng mang bản chất vừa vật lý, vừa hoá học và cả sinh học.

a. Đặc điểm của các chất gây mùi:

- Dễ bay hơi

- Dễ bị hấp thụ vào bề mặt nhạy cảm của biểu mô khứu giác.

- Thông thƣờng không có mặt trong vùng biểu mô khứu giác. Điều này có

nghĩa là các biểu mô khứu giác không thƣờng xuyên tiếp xúc với chất có mùi, để

khi phân tử của chất ấy thâm nhập vào mũi là biểu mô khứu giác có những thay đổi

một các tƣơng ứng và chính sự thay đổi đó gây ra sự cảm nhận mùi. Nhiều nhà

nghiên cứu thừa nhận rằng mùi không những phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của vật

chất mà còn phụ thuộc vào sự thu nhận mùi của tế bào khứu giác cửa từng cá nhân

con ngƣời. Điều đó giải thích đƣợc thái độ, mức độ phản ứng nhiều lúc rất khác

nhau của từng cá nhân đối với một loại chất có mùi cụ thể nào đó ứng với một nồng

độ nhất định nào đó của nó trong không khí.

- Một số nguyên tắc chính mà Moncrieff đã xác định đƣợc về mối quan hệ

giữa thành phần hoá học, cấu trúc phân tử của chất có mùi với mùi của nó:

- Mùi mạnh luôn gắn liền với tính chất dễ bay hơi và hoạt tính hoá học cũng

nhƣ độ không bão hoà của chất có mùi.

- Yếu tố chính tạo ra mùi là cấu trúc phân tử của vật chất.

- Các chất có cấu trúc mạch vòng thì số lƣợng mạch vòng xác định mùi của

chúng:

Số vòng 5 ÷ 6: Mùi thơm gắt của hạnh đào.

Số vòng 6 ÷ 9: Mùi thay đổi.

Số vòng 9 ÷ 12: Mùi long não hoặc mùi bạc hà.

Số vòng 13: Mùi gỗ mục hoặc xác thối

Số vòng 14 ÷ 16: Mùi xạ hƣơng và mùi đào

Số vòng 17 ÷ 18: Mùi xạ hƣơng mạnh

Số vòng lớn hơn 18: Mùi rất mờ nhạt hoặc không mùi.

b. Kỹ thuật đo mùi:

Cơ quan khứu giác của con ngƣới với sự trợ giúp của các thiết bị chuyện dùng

thích hợp đƣợc hoạt động theo một qui trình nhất định là cơ sở để đánh giá mùi phát

ra từ một chất có mùi nào đó. Thông thƣờng việc đánh giá mùi đƣợc tiến hành bởi

một nhóm chuyên gia gồm 2 ÷15 ngƣời có kinh nghiệm trong lĩnh vực này khi họ

tiếp xúc với chất có mùi ở nồng độ nhất định điều chỉnh trong không khí.

Các thông số cần đo của mùi là:


- 122 -

- Nồng độ nhận biết của chất có mùi trong không khí: giới hạn thấp nhất của

nồng độ chất có mùi trong không khí mà mũi ngƣời ta có thể nhận biết sự hiện diện

của nó trong môi trƣờng xung quanh.

- Xác định loại và cƣờng độ mạnh yếu của mùi trong không khí

Thông số thứ nhất chủ yếu liên quan đến mùi của một chất duy nhất (đơn giản,

không pha trộn), còn thông số thứ hai có thể là mùi của nhiều chất có mùi cùng toả

ra và gây cảm giác nhƣ mùi của một chất duy nhất.

Có bốn đặc điểm của cảm nhận khứu giác đƣợc áp dụng để xác định mùi đó là:

Cƣờng độ mùi: độ mạnh yếu của phản xạ khứu giác.

Độ lan toả của mùi: sự thay đổi cƣờng độ mùi.

Chất lƣợng mùi: tƣơng tự nhƣ cảm giác mùi, bản chất hoá học, đặc tính của

chất có mùi, thể loại mùi.

Thái độ, ý kiến tiếp nhận: mức độ ƣa thích hoặc không ƣa thích, dễ chịu hoặc

khó chịuđối với mùi nào đó.

Tổng hợp các đặc điểm trên, cảm nhận khứu giác có thể đƣợc đánh giá theo

thang điểmmang tính chất chủ quan tƣơng đối do một nhóm các chuyên gia ngửi

mùi cho điểm. có nhiều loại thang điểm khác nhau, bảng trình bày dƣới đây là một

loại thang điểm từ điểm 0 đến điểm 4 ứng với 6 mức cảm giác mùi khác nhau từ

thấp đến cao:

Mức cƣờng độ mùi P Cảm giác khứu giác

0

½

1

2

3

4

Không nhận biết

Ngƣỡng nhận biết (nhận biết rất mờ nhạt)

Nhận biết mờ nhạt

Nhận biết dễ dàng

Mùi mạnh

Không chịu đựng nổi

Mức độ cƣờng độ mùi của một chất nào đó tƣơng ứng với một trị số nồng độ

nhất địnhcủa nó trong không khí tính theo ppm hoặc mg/m3.

Để xác định mức cƣờng độ mùi và nồng độ tƣơng ứng của chất có mùi, ngƣới ta

chế tạo ra nhiều loại dụng cụ đo khác nhau.

Nồng độ nhận biết của mùi có thể thay đổi từ 30 ÷50% đối với những ngƣời

quan sát khác nhau, do đó cần tiến hành đo mùi bởi một nhóm nhiều chuyên gia

quan sát lặp đi lặp lại nhiều lần và lấy kết quả trung bình.

Thời gian tiếp xúc cũng làm thay đổi cảm giác mùi. Thông thƣờng từ một nơi

trong làm bƣớc vào phòng kín hoặc khu vực sản xuất ta cảm thấy có một cái mùi lạ

nào đó nhƣng sau một thời gian ngắn ta không còn cảm nhận đƣợc mùi đó nữa. Đó

là do khứu giác của ta đã không nhạy cảm với mùi đó nửa, hay nói cách khác là ta

quen mùi.


- 123 -

Nhiệt độ và độ ẩm của không khí xung quanh cũng làm ảnh hƣởng đến khả

năng nhận biết mùi của khứu giác. Nhiệt độ tăng thì làm cho cảm giác về mùi cũng

tăng.

c. Các phương pháp xử lý ô nhiễm mùi:

Có hai hƣớng chính để giải quyết vấn đề ô nhiễm mùi:

- Một là: giảm thiểu nồng độ phát thải chất có mùi để cho mùi của nó bớt đậm

đặc và do đó ít gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng xung quanh. Mùi đƣợc xử lý

bằng cách giảm thiểu lƣợng phát thải từ nguồn, pha loãng khí có mùi bằng quá trình

khuếch tán trong khí quyển, khử chất có mùi trong khí thải bằng hấp thụ, hấp phụ,

oxy hoá, sinh học hoặc biến đổi hoá học chất có mùi khó chịu thành chất ít toả mùi

hơn.

- Hai là: làm thay đổi hoặc nguỵ trang chất lƣợng của mùi để mùi toả ra đƣợc

dễ chịu hơn, đƣợc ngƣời dân chấp nhận. Mùi gốc ban đầu đƣợc nguỵ trang bằng

cách trộn thêm chất có mùi mạnh hơn nhƣng dễ chịu hơn để át bớt mùi khó chịu của

khí thải với điều kiện chất hoà trộn không có phản ứng hoá học với các chất có mặt

trong khí thải để tạo thành những hợp chất mới gây phức tạp hơn cho vấn đề ô

nhiễm môi trƣờng.

3.7.2 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trƣờng bên trong nhà

Trong nhà ở và nhà công cộng nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là bếp nấu thức ăn

và khu vệ sinh.

Biện pháp chống mùi trong trƣờng hợp này là tổ chức thông gió tốt cho khu

phụ. Đối với bếp ăn cần lắp đặt hệ thống hút cục bộ bên trên bếp đun, nếu cần có

thể lắp đặt thiết bị khử mùi bằng than hoạt tính trên hệ thống hút cục bộ để không

gây ảnh hƣởng cho khu vực bên ngoài. Còn khu vệ sinh thì lắp đặt hệ thống hút

chung và thải ra ngoài ở độ cao thích hợp cách xa các công trình lân cận.

Đối với nhà cao tầng hệ thống hút cục bộ cho khu phụ cần đƣợc tổ chức theo

phƣơng đứng, tức là miệng hút cục bộ từ các tầng đƣợc nối vào ống góp đứng dẫn

lên mái và thải ra ngoài ở độ cao thích hợp bằng sức hút tự nhiên hay cơ khí (quạt

hút)

Lƣu lƣợng không khí cần hút để thông gió cho khu phụ thƣờng đƣợc xác định

theo bội số trao đổi không khí m, tức thể tích không khí cần hút thải ra ngoài trong

đơn vị thời gian gấp m lần thể tích căn phòng.

Đối với nhà công nghiệp, biện pháp thông gió hút thải cục bộ cho từng thiết bị

công nghiệp có toả mùi là biện pháp hữu hiệu và hợp lý nhất cũng giống nhƣ hút

cục bộ đối với nguồn thải bụi và khí độc hại khác: tủ hút, chụp hút, miệng hút trên

thành bể chứa chất độc hại kể cả mùi... Song song với biện php ht thải cục bộ, trong

công nghiệp thƣờng đƣợc bố trí hệ thống thông gió thổi cục bộ hoặc thổi chung để

cấp không khí sạch nhằm pha loãng nồng độ các loại hơi khí có mùi, độc hại còn lại

trong phòng xuống đến giới hạn cho phép.


- 124 -

3.7.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp thụ

Dùng nƣớc để hấp thụ khí có mùi là biện pháp đơn giản, ít tốn kém. Tuy nhiên

độ hoà tan của các chất khí cần khử trong nƣớc ở điều kiện bình thƣờng là không

cao, do đó hiệu quả của quá trình hấp thụ bằng nƣớc là khá thấp. Thông thƣờng,

nồng độ ban đầu của các chất khí có mùi trong khí thải là tƣơng đối thấp và nồng độ

cuối sau xử lý phải rất thấp để đáp ứng yêu cầu về môi trƣờng, do đó việc dùng

nƣớc để hấp thụ các chất có mùi trong nhiều trƣờng hợp không đáp ứng đƣợc yêu

cầu đề ra .

Ngƣời ta có thể dúng các loại dung dịch khác nhau để tƣới trong các thiết bị rửa

khí nhƣ buồng phun, tháp rửa có lớp đệm, tháp sủi bọt… để khử các chất có mùi. Ví

dụ nhƣ để khử khí H2S ta dùng dung dịch natri cacbonat, amoni cacbonat, kali

photphat…

Cần lƣu ý rằng các chất có mùi có thể ngấm vào bụi hoặc liên kết với bụi trong

khí thải và khi dùng nƣớc hoặc dung dịch để rửa khí thì hiệu quả khử mùi cũng

phần nào đƣợc nâng cao vì các tháp rửa khí có tác dụng khử cả khí lẫn bụi. Ngoài ra

nếu nhiệt độ chất lỏng đủ thấp, khí có mùi có thể ngƣng tụ trên bề mặt các chất lỏng

và do đó bị loại khỏi khí thải.

3.7.4 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp hấp phụ

Dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ khác nhƣ silicagel, alumogelv.v…để

khử mùi là phƣơng pháp đơn giản, thuận tiện và cho hiệu quả khử cao đối với nhiều

loại chất có mùi khác nhau. Đặc biệt là than hoạt tính đƣợc sử dụng rất phổ biến cho

những trƣờng hợp sau:

- Khử mùi đối với khí thải trƣớc khi xả ra bầu khí quyển.

- Khử mùi đối với không khí ngoài trời trong các hệ thống thông gió thổi vào

để cấp không khí trong sạch theo yêu cầu vệ sinh cho gian phòng, phân xƣởng sản

xuất.

- Khử mùi đối với không khí tuần hoàn: trong các hệ thống điều hoà không khí

hoặc sƣởi ấm bằng gió nóng, để tiết kiệm nhiệt (lạnh) ngƣời ta áp dụng phƣơng

pháp tuần hoàn một phần không khí đó thổi vô phòng, lúc đó nếu trong phòng có

nguồn toả mùi thì cần phải khử mùi đối với không khí tuần hoàn trƣớc khi sử dụng.

Trong nhà ở, trên bếp đun thức ăn cũng thƣờng đƣợc áp dụng phƣơng pháp khử

mùi bằng than hoạt tính theo nguyên tắc tuần hoàn, không khí trên bếp đƣợc hút qua

bộ phận khử mùi bằng than hoạt tính rồi thổi trở lại vào phòng.

3.7.5 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt

Khử mùi bằng phƣơng pháp thiêu đốt đƣợc áp dụng rộng rãi khi trong khí thải

có chứa các chất hữu cơ có mùi với nồng độ cao. Có thể đốt trực tiếp hoặc đốt có

xúc tác. Trƣờng hợp đốt trực tiếp cần đảm bảo nhiệt độ trong phạm vi 600 ÷800oC

và dùng khí đốt thiên nhiên để đốt. Trƣờng hợp đốt có xúc tác, nhiệt độ cần duy trì

ở mức 250 ÷ 450oC

Phản ứng cháy của một số chất có mùi và dễ bay hơi nhƣ sau:


- 125 -

2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2

2C6H6 + 15O2 = 6H2O + 12CO2

4(CH3)3N + 25O2 = 18H2O + 4NO + 12CO2

CH3SH H2O + SO2 + CO2

Sản phẩm của quá trình oxi hóa các chất có mùi phần lớn là nƣớc và CO2.

Ngoài ra, ở một số trƣờng hợp còn có thể có SO2, NOx v.v.. Tóm lại quá trình oxi

hóa biến những chất có mùi và rất độc hại thành những chất không hoặc ít độc hại

và mùi cũng bớt khó chịu hơn.

Ngòai các phƣơng pháp xử lý mùi trên, ngƣời ta còn sử dụng các phƣơng pháp

xử lý mùi khác nhƣ xử lý mùi bằng phƣơng pháp sinh học, quá trình ngƣng tụ,

phƣơng pháp pha loãng – khuếch tán hay ngụy trang mùi.

Oxy hóa có xúc tác


- 126 -

Tài Liệu Tham Khảo

1. Trần Ngọc Chấn, 2001, Ô Nhiễm Không Khí & Xử Lý Khí Thải, tập 1

NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.





4. Hoàng Kim Cơ, Lọc bụi và làm sạch khí thải, NXB Khoa Học và Kỹ

Thuật.

5. Lê Văn Cát, (2002). Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và

nước thải. Nhà xuất bản Thống Kê.

6. Http:/www.Alumia actived.htm.

7. Http:/www.bojistones.com

Environment

Giao Trinh Ky thuat xu ly khi thai