XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT OXI HÓA SINH HỌC

Trang 1

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT, OXY HÓA, SINH HỌC

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Viện Công Nghệ & Quản Lý Môi Trường

Môn: KỸ THUẬT KHỐNG CHẾ Ô NHIỄM KHÔNG

KHÍ VÀ TIẾNG ỒN

Trang 2

NỘI DUNG

Xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt

Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học Tổng quan về các phương pháp xử lý

Xử lý khí thải bằng phương pháp oxy hóa

Trang 3

TỔNGQUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Trang 4

KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP XỬ LÝ

Các phương pháp làm sạch khí thải rất đa dạng, khác nhau

về cấu tạo thiết bị cũng như về công nghệ làm sạch

Phương pháp làm sạch chất thải được lựa chọn theo khối lượng và thành phần chất thải Ngoài ra nó còn được lựa chọn trên cơ sở so sánh phân tích tính kinh tế - kĩ thuật

Để đạt được hiệu quả xử lí khí thải cao cần phải sử dụng phối hợp đồng thời nhiều phương pháp và thiết bị lọc

khác nhau

Trang 5

KHÁI QUÁT VỂ CÁC PHƯƠNG

Phương pháp oxy hóa

oDựa trên sự biến đổi hóa học các cấu tử độc hại thành

không độc hại trên bề mặt xúc tác rắn

Trang 6

KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP XỬ LÝ

Phương pháp sinh hóa- vi sinh

o Phương pháp này lợi dụng các vi sinh vật phân

hủy và tiêu thụ các khí thải độc hại, nhất là các khí thải từ các nhà máy thực phẩm, nhà máy phân

đạm, phân tổng hợp hữu cơ…

o Các vi sinh vật, vi khuẩn sẽ hấp thụ, đồng hóa

các khí thải hữu cơ, vô cơ độc hại và thải ra các khí N2 và CO2

Trang 7

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

Trang 9

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG

PHÁP NHIỆT

Ứng dụng:

o Các chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy được

hoặc thay đổi về mặt hóa học biến thành các chất ít

mùi hơn khi phản ứng ở nhiệt độ thích hợp

o Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được như

khói lò rang cafe, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung

men sứ…

o Hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp vào khí quyển sẽ

có phản ứng với sương mù và gây hại cho môi trường

o Khí cháy được kể cả những chất hữu cơ độc hại

Trang 10

PHÁP NHIỆT

Ưu điểm:

o Thiết bị đơn giản và có khả năng ứng dụng rộng rãi

Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được

khi thiết kế và vận hành thiết bị đúng quy cách

o Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi

vừa phải của lưu lượng, nồng độ khí ô nhiễm

o Hoạt động ổn định, không cần hoàn nguyên như hấp

thụ và hấp phụ

o Có khả năng thu hồi, tận dụng nhiệt sinh ra trong quá

trình thiêu đốt

Trang 11

PHÁP NHIỆT

Nhược điểm:

o Chi phí đầu tư, vận hành tương đối lớn.

o Có khả năng làm phức tạp hơn vấn đề ô nhiễm không

khí vì bên cạnh chất ô nhiễm hydrocacbon cần đốt còn có các hợp chất khác của nitơ, clorin, lưu huỳnh…

o Quá trình thiêu đốt có cấp nhiên liệu và chất xúc tác

nên quá trình vận hành gặp trở ngại

Trang 12

PHÁP NHIỆT

1

2 3

Trang 13

THIÊU ĐỐT BẰNG NGỌN LỬA

TRỰC TIẾP

o Phương pháp thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp là

các ngọn đuốc cháy bùng của khí thải ở các mỏ dầu

khí, nhà máy lọc dầu

oNgọn đuốc được thiết kế như một ống dẫn khí đến

một độ cao thích hợp và trên tận cùng của ống có lắp đầu đốt gồm bộ phận phun hơi và mồi lửa, đảm bảo

ngọn đuốc cháy không có khói và liên tục mặc dù lưu lượng khí thải, nồng độ chất cháy trong khí thải cũng như vận tốc gió có thể thay đổi trong phạm vi rộng

Trang 14

THIÊU ĐỐT CÓ BUỒNG ĐỐT

(KHÔNG CÓ XÚC TÁC )

o Đốt các loại khí thải có chứa chất ô nhiễm dạng

khí, hơi hoặc sol khí cháy được với nồng độ tương đối thấp phát sinh từ : thiết bị phun nhựa đường, lò ram

má phanh ôtô, lò sản xuất thịt hun khói, lò rang cafe,

lò nấu sơn, lò nấu vecni…

o Nhiệt độ trong buồng đốt khoảng 900 – 15000C

Trang 16

THIÊU ĐỐT BẰNG BUỒNG ĐỐT

(CÓ XÚC TÁC )

o Thiêu cháy có xúc tác cần diện tích bề mặt tiếp

xúc lớn và nhiệt độ đốt khoảng 300 – 5000C (tùy

thuộc vào chất oxi hóa)

oTrong phương pháp này, chất xúc tác là các bề mặt

kim loại như các dãy băng bạch kim, đồng, crôm

niken…

o Nguyên tắc xử lý là oxi hóa chất ô nhiễm trên bề

mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so

Trang 17

Chất Giới hạn nhiệt độ

trung bình 0 C

Dung môi: toluen, metyl

Trang 18

Ưu điểm:

o Phản ứng oxi hóa xảy ra nhanh và mạnh nên

thời gian lưu khí thải thấp (bằng 1/20 – 1/50 so với buồng đốt không xúc tác) và ít tiêu tốn nhiều năng lượng

o Tiết kiệm lượng nhiên liệu bổ sung từ 40 – 50%

so với buồng đốt thông thường

o Giá thành xây dựng, vận hành rẻ hơn lò đốt

Trang 19

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA

Trang 20

PHÁP OXY HÓA

Nguyên tắc: Thực hiện tương tác hóa học nhằm chuyển các khí độc thành các sản phẩm

ít độc hại hơn nhờ các chất xúc tác đặc biệt

Được thực hiện trong các thiết bị phản ứng

Vai trò: Làm tăng các phản ứng hóa học trong

xử lý khí thải

Trang 21

PHÁP OXY HÓA

 Cụ thể của việc xử lý này có hai vấn đề:

o Chuyển C, CO, COV về CO2 không độc bằng phản ứng ôxy hoá, nghĩa là đốt cháy với sự có mặt của ôxy

o Chuyển NOx về ôxy và nitơ, là phản ứng khử ngược lại với phản ứng trên

 Hai quá trình này phải thực hiện đồng thời Vì thế, phải

tìm một "khoảng" cho phép để chỉnh nồng độ ôxy sao cho cả hai quá trình đều cùng thực hiện được, đồng thời tìm chất xúc tác thích hợp Cả hai việc đều đòi hỏi đầu tư nhiều thời gian

Trang 22

VẬT LIỆU XÚC TÁC TRONG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA

o Trong công nghiệp luyên kim đen, sản xuất nhôm

bằng phương pháp điện phân nóng chảy khí thải thường chứa CO, người ta thường sử dụng xúc tác chứa 0.3% Pt mang trên oxit nhôm

o Các hợp chất hữu cơ là thành phần chủ yếu có trong

khí thải của nhà máy sản xuất chất dẻo, thuốc kháng

sinh, andehyt phatalic, dây chuyền sơn…Xúc tác

thường được sử dụng ở đây là Pt, Pd và Rh

o Pt và Pd thường được mang trên Al2O3 để oxy hóa

các alkan

Trang 23

Các xúc tác trên cơ sở Pd có hoạt tính cao trong phản ứng oxy hóa CO giá thành lại thấp hơn Pt

Trang 24

Pt có hoạt độ cao nhất cho oxy hóa propan ở

5000C, trong khi Pd là xúc tác tốt hơn cho quá trình oxy hóa ethan, methan và các olefin

Trang 25

Rh có hoạt độ thấp nhất trong phản ứng oxy hóa propan, nhưng khi kết hợp với Pt sẽ tạo thành vật liệu xúc tác tốt nhất cho phản ứng oxy hóa và khử các NOx

Trang 26

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Trang 27

NGUYÊN TẮC XỬ LÝ

o 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.

o Trong hệ thống, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng

sinh học (biofilm - một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc) Trong quá trình lọc, khí thải được 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 lượng và các sản

Trang 28

MÔ TẢ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ

o Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường 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

o Hệ thống lọc bao gồm một buồng kín chứa các

vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại trong

nguyên liệu lọc

Trang 29

MÔ TẢ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ

o Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô

nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào một buồng phía bên dưới 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 lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc

o 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 phương pháp này là chỉ xử

lý được những khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp

Trang 30

NGUYÊN LIỆU LỌC

o 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

o 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 dưỡng các chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm cuối cùng là nước, CO2 và các loại muối

Trang 31

o Các đơn vị nguyên liệu lọc gọi là "khối sinh

học" (Biocube) có kích thước cao khoảng 7 ft và đường kính khoảng 6 ft

o Nguyên liệu lọc được thiết kế sao cho có khả

năng hấp thụ nước lớn, độ bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua nó

o Các nguyên liệu lọc thường có tuổi thọ từ 5 - 7

năm

Trang 32

o Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất

nền ủ phân compost, than bùn, đất, cây thạch nam,

plastic và các phụ phẩm gỗ

o Mục đích:

Cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm

Cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật

o Một vài loại nguyên liệu lọc không đáp ứng được về

nhu cầu dưỡng chất cho vi sinh vật ==> hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho

Trang 33

YÊU CẦU CHỌN NGUYÊN LIỆU LỌC

o Khả năng giữ ẩm để tạo lớp màng sinh học

o Có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho quá

trình hấp thụ và phát triển của vi sinh vật

o Có chứa các dưỡng chất để cung cấp cho các vi

sinh vật

o Tạo lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp

và năng lượng cần sử dụng cho máy bơm)

o Các tính chất lý học khác như độ ổn định lý học

và dễ dàng thao tác

Trang 34

MỘT SỐ THÔNG SỐ THIẾT KẾ

 Diện tích: là một thông số được quan tâm hàng đầu trong việc

thiết kế hệ thống lọc sinh học Để xử lý lưu lượng khí khoảng 30

ft3/phút, một hệ thống lọc sinh học có thể cần diện tích 25 ft2 Đối với những lưu lượng khí lớn hơn, chúng ta cần những diện tích lớn hơn và có thể bằng diện tích một sân bóng rổ như đã nói ở trên

 Thành phần hóa học và hàm lượng của chất ô nhiễm trong

khí thải :Phân tích thành phần hóa học và hàm lượng 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 nước) có nồng độ thấp (<1000

ppm) Một số hợp chất phân hủy sinh học rất chậm (như các hợp chất

Trang 35

Thời gian lưu trú

o Là khoảng thời gian vi sinh vật tiếp xúc với luồng khí

thải và được tính bằng công thức sau:

RT = Tổng thể tích các lỗ rỗng của lớp nguyên liệu lọc/lưu lượng khí thải

o Thời gian lưu 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 lưu trú để hệ thống có thể xử lý một lưu lượng lớn hơn

o Thông thường, thời gian lưu trú của các hệ thống lọc

Trang 36

 Độ ẩm (wet): 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 thường được bơm qua một hệ thống làm ẩm trước 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%

 Nhiệt độ (temperature): vi sinh vật hoạt động tốt

nhất giữa 30 – 400C

Trang 37

 Mức oxy: Từ việc phần lớn sự phân hủy là hiếu khí, bậc oxy là vô cùng quan trọng trong một quá trình lọc

sinh học Trên thực tế, oxy không được sử dụng trực tiếp

ở dạng khí, nhưng vi sinh vật sử dụng oxy có mặt ở dạng hòa tan trong màng sinh học Trong một số trường hợp của chất gây ô nhiễm nhất định, oxy nên được thêm vào

 pH: pH nơi mà vi sinh vật có thể hoạt động hiệu quả nhất là khoảng 7 Vì vậy pH của khí bẩn phải được duy trì xung quanh giá trị này

Trang 38

 Nguyên liệu lọc : có thể bao gồm than bùn, cây

thạch nam, phân ủ compost, than hạt hoặc các nguyên

liệu thích hợp khác, phải có khả năng cung cấp chất

dinh dưỡng cho vi sinh vật và không gây giảm áp

luồng khí nhiều Thêm vào đó, ẩm độ của các nguyên

liệu lọc phải được 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, người ta thường lắp đặt hệ thống phun nước cho các lớp nguyên liệu lọc

Trang 39

 Giảm áp của luồng khí khi đi ngang lớp nguyên

liệu lọc nên được hạn chế tối đa Nếu lớp nguyên

liệu lọc gây trở lực lớn cho nguồn khí  tiêu tốn

thêm năng lượng cho máy thổi khí  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

Trang 40

Bảo trì

Khi bắt đầu đưa vào hoạt động, hệ thống cần được bảo trì 1 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 bảo trì

có thể giảm xuống 1 lần/nửa tháng hoặc hàng tháng

Trang 42

Bể lọc sinh học có nhiều lớp nguyên liệu lọc

Trang 43

ƯU ĐIỂM CỦA BỂ LỌC NHIỀU

LỚP NGUYÊN LIỆU

Hạn chế được việc các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại

Các luồng khí xuyên thành những đường thoát qua lớp nguyên liệu lọc

Tạo sự thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc

Trang 44

ƯU VÀ KHUYẾT DIỄM CỦA BỂ

Trang 45

ƯU VÀ KHUYẾT DIỄM CỦA BỂ

LỌC SINH HỌC

Khuyết điểm

o Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý được các chất ô

nhiễm có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ như các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor

o 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

o Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm

biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý của chúng

o Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường

và tạo thành các màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng

Trang 46

Việc sử dụng hệ thống lọc sinh học xử lý các chất hữu cơ bay hơi đã được 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 dược phẩm

Xử lý chất và nước thải

Xử lý đất và nước ngầm

Trang 47

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 nước cống rãnh

Xử lý chất và nước 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, đường Công nghệ sản xuất gia vị, mùi nhân tạo

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	1,77 MB