Nguyên nhân và phương pháp xử lý khí thải đạt chuẩn

Sau đây, SVN xin giới thiệu sơ lược về ô nhiễm khí thải và các kỹ thuật xử lý, kiểm soát khí thải.

A. Ô nhiễm khí thải

Thành phần của chất đốt phần lớn gồm 2 nguyên tố C và H. Ngoài ra còn chứa các nguyên tố khác như: O, S, N, các hợp chất hữu cơ chứa halogen (clo, flo), độ ẩm và có thể lẫn một số tạp chất hữu cơ. Những chất ô nhiễm có thể sinh ra:

– Những chất ô nhiễm: bụi SOx, CO, NOx, THC, VOC.

– Các khí acid: HCl, HF,…

– Một số nguyên tố vi lượng dạng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As, Cu, Zn, Sn,…

– Những chất ô nhiễm hữu cơ dạng vết: polychlorinated dibenzo (PCB), polyclorinate dibenzo para dioxin (PCDD), polyclorinate dibenzo furan (PCDF),…

Nói chung, thành phần các chất ô nhiễm không khí liên quan trực tiếp đến chất đốt, lượng chất ô nhiễm liên quan đến tính chất của quá trình đốt, công nghệ đốt cũng như quá trình vận hành lò đốt.

1. Ô nhiễm NOx

Các nitơ oxit (chủ yếu là NO2, NO) hình thành trong quá trình đốt là do phản ứng giữa nitơ và oxy. Tải trọng NOx phụ thuộc hàm lượng nitơ có trong nhiên liệu, quá trình cấp khí và quá trình vận hành lò đốt. Nồng độ NOx trong khí thải khi đốt thông thường từ 39 ÷ 424 ppm.

Kỹ thuật kiểm soát NOx:

– Đốt nghèo khí có tuần hoàn có thể giảm 35% lượng NOx;

– Xử lý bằng xúc tác hoặc bằng amoniac có thể giảm được 65% NOx;

– Nếu sử dụng than hoạt tính trộn natrihydrocacbonate tỉ lệ 35:65 trọng lượng, có thể giảm 65% NOx. Bên cạnh đó, có thể xử lý thêm khí thải khác (THC, hơi acid, khử dioxin/furan).

2. Ô nhiễm SOx và khí acid (HCl, HF)

Các khí SOx sinh ra trong thành phần nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. Khí acid (HCl, HF) do trong thành phần nguyên liệu có chứa clo, flo.

Kỹ thuật kiểm soát SOx, khí acid (HCl, HF):

Sử dụng các thiết bị xử lý khí thải thông qua quá trình hấp thụ, hấp phụ. Thiết bị thường sử dụng là tháp hấp thụ có vật liệu đệm.

3. Ô nhiễm CO và THC

Khí CO và THC được tạo thành là do kết quả cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ. Thông qua nồng độ CO, CO2, THC, ta có thể đánh giá hiệu quả của quá trình đốt. Thưc tế, việc đo nồng độ THC rất phức tạp. Vì vậy, người ta thường đo chỉ tiêu CO2 và CO để đánh giá hiệu quả đốt. Nếu hiệu quả đốt đạt trên 99% hoặc nồng độ CO trong khí thải nhỏ hơn 10ppm người ta thấy nồng độ THC ttrong khí thải không đáng kể.

4. Ô nhiễm do các hợp chất kim loại nặng

Các kim loại chính có trong thành phần khí thải gồm: Sb, As, Hg, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, Mn, Ni, Zn,… Thường chúng tồn tại ở các dạng hợp chất như oxit, muối, kích thước của các hạt thường nhỏ hơm 2μm. Phụ thuộc vào bản chất của mỗi kim loại mà kả năng bay hơi của chúng khác nhau. Một số kim loại nặng như Pb, As, Hg, Se,… rất dễ bị phát tán vào không khí ngay cả trường hợp có trang bị hệ thống xử lý bụi.

5. Ô nhiễm các hợp chất nhóm halogen hữu cơ

Là các hợp chất nguy hiểm, bao gồm PAH (các hydrocacbon đa vòng), polychlorinated dibenzo (PCB), polyclorinate dibenzo para dioxin (PCDD), polyclorinate dibenzo furan (PCDF),… Khối lượng các chất ô nhiễm trong khí thải có liên quan trực tiếp đến thành phần, tính chất của nhiên liệu cũng như phụ thuộc vào công nghệ đốt. Đối với các hợp chất dioxin và furan, tốc độ sinh ra nhanh khi nhiệt độ buồng đốt khoảng 300 ÷ 400oC.

Kỹ thuật kiểm soát các hợp chất halogen hữu cơ:

Kiểm soát chế độ đốt thích hợp, trong đó cần quan tâm đến nhiệt độ buồng đốt.

B. Các phương pháp xử lý khí

Hiện nay, đối với các loại khí và hơi độc người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ hoặc hấp phụ.

1. Phương pháp hấp phụ

Nguyên tắc xử lý: Sử dụng chất hấp phụ dạng rắn giữ lại các khí và hơi độc hại trên bề mặt khi cho khí thải đi qua.

Có 2 nhóm thiết bị hấp phụ:

– Nhóm hấp phụ không tái sinh: Áp dụng với nguồn thải quy mô nhỏ hay lọc không khí ở máy điều hòa. Gồm có các dạng: phẳng (flat), ống (cylindrical), nếp gấp (pleated), hộp (canister)…

– Nhóm hấp phụ có tái sinh: Áp dụng với nguồn thải quy mô lớn, khí thải có giá trị cần thu hồi. Gồm có các dạng: lớp hấp phụ cố định (fixed bed), lớp hấp phụ di chuyển (movingbed), lớp hấp phụ kiểu tầng sôi (fluidized bed)… Thường lắp 2 đơn nguyên song song (khi 1 thiết bị bão hòa, sẽ chuyển khí thải sang thiết bị khác và tái sinh thiết bị thứ nhất). Dùng hơi nước, không khí nóng hay khí trơ để tái sinh (giải hấp phụ). Hơi nước chứa khí giải hấp được dẫn qua thiết bị ngưng tụ để thu hồi. Khí thải thường được đưa vào thiết bị từ trên xuống hơn là từ dưới lên, để tránh sự thoát ra ngoài của chất hấp phụ.

Quá trình hấp phụ thông thường được tiến hành trong các buồng hấp phụ có chứa các chất có khả năng hấp phụ. Khí thải chứa các chất cần hấp phụ được dẫn qua lớp chất hấp phụ. Các chất cần hấp phụ sẽ được giữ lại còn khí sạch sẽ được thải ra ngoài.

Có nhiều loại tháp hấp phụ, tùy theo tính chất và lưu lượng của khí thải cũng như điều kiện thực tế của nhà xưởng mà chọn loại tháp phù hợp. Ngoài việc chọn kiểu tháp, chọn vật liệu hấp thụ cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý khí. Có nhiều loại vật liệu như: than hoạt tính, silicagel, zeolit, và các chất hấp phụ tự nhiên khác… Tùy vào từng loại khí thải mà lựa chọn vật liệu hấp phụ.

Phương pháp hấp phụ có khả năng làm sạch cao. Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khả năng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây cũng là ưu điểm lớn nhất của phương pháp hấp phụ.

2. Phương pháp hấp thụ

Đối với phương pháp hấp thụ thì được chia làm 2 loại: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. Tuy nhiên, trong xử lý khí thải nói chung, hấp thụ hóa học được ứng dụng rộng rãi hơn so với hấp thụ vật lý.

Hấp thụ hóa học là quá trình hấp thụ luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học. Sau quá trình khuếch tán là quá trình xảy ra các phản ứng hóa học. Các loại tháp hấp thụ thường được sử dụng bao gồm:

Tháp hấp thụ có lớp đệm bằng vật liệu rỗng được dùng phổ biến nhất. Trong tháp, người ta thường nhồi các vật thể lồng cồng như ốc sành sứ, lò so kim loại, vụn than cốc… để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha. Khi vận hành, khí thải được đi từ dưới lên trên còn chất lỏng thì đi từ trên xuống dưới. Lưu lượng của hai pha luôn được tính toán trước để thiết bị đạt hiệu quả cao nhất.

Các nghiên cứu thủy động học và chuyển khối trong các thiết bị hấp thụ đệm nổi cho thấy, tháp hấp thụ kiểu này có thể làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà không bị tắc nghẽn. Nhược điểm của tháp hấp thụ đệm nổi là khó thoát nhiệt trong quá trình hấp thụ. Muốn tách nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm lạnh tuần hoàn.

Tháp hấp thụ sủi bọt thường được sử dụng trong trường hợp tải lượng cao, áp suất khí thải lớn và quá trình hấp thụ có sự toả nhiệt, cần được làm lạnh. Các kiểu tháp hấp thụ sủi bọt chính gồm: sủi bọt qua lưới (hay vật xốp), sủi bọt qua các đĩa chụp xen kẽ và trộn cơ học khí và chất lỏng. Hấp thụ kiểu sủi bọt có nhược điểm lớn nhất là luôn có lớp bọt chiếm thể tích khá lớn trong thiết bị. Việc chuyển động của chất lỏng gặp phải trở lực lớn. Các nhà thiết kế đã có nhiều công trình làm giảm bớt những nhược điểm trên để có thể sử dụng kiểu hấp thụ này trong công nghiệp vì nó có hệ số chuyển khối rất cao. Chiều cao lớp chất lỏng tăng sẽ làm tăng khả năng hấp thụ song đồng thời cũng tăng trở lực của thiết bị. Thông thường người ta không tăng lớp chất lỏng quá 50 mm.

Tháp phun, buồng phun là loại thiết bị hấp thụ đơn giản. Trong tháp phun, chất lỏng được phun thành bụi (sương) từ phía trên xuống, khí thường đi từ dưới lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc và để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ trong pha khí giảm dần theo chiều từ dưới đi lên và nồng độ chất bị hấp thụ trong pha lỏng được tăng dần theo chiều từ trên đi xuống. Quá trình này rất có lợi cho việc tăng hiệu quả xử lý. Tháp hấp thụ phun có thể chia ra làm ba kiểu khác nhau: thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng, thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao và thiết bị hấp thụ phun sương kiểu cơ khí. Quá trình phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách khuấy cơ học.

Muốn lựa chọn loại tháp hấp phụ cần dựa trên các tiêu chí về lưu lượng cũng như thành phần của khí thải.

Nguyên nhân và phương pháp xử lý khí thải đạt chuẩn
5 (100%) 2 votes

Bài viết liên quan