Tài liệu Chương 6 xử lý bụi

1 1 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.1. Khái niệm và phân loại bụi Các hạt trong không khí (particles) gồm: các hạt chất rắn có thể lắng và các hạt lơ lửng hay các sol khí (aerosols = hệ phân tán các hạt chất rắn, lỏng trong pha khí). Bụi thường ñược hiểu là các hạt chất rắn tồn tại trong không khí. Có nhiều cách phân loại bụi:  Theo kích thước hạt:  hạt d <1 µm: khói (smoke)  hạt d = 1 - 75 µm: bụi (dust)  hạt d > 75 µm: bụi thô (grit)  Theo bản chất hóa học: bụi vô cơ, bụi hữu cơ  Theo khả năng lắng: bụi bay (d<10 µm), bụi lắng (d>10 µm)  Theo khả năng xâm nhập ñường hô hấp:  d <5 µm: bụi ñọng lại trong phổi  d = 5 - 10 µm: ñọng lại trong cuống phổi  d > 10 µm: nằm lại trong mũi  Do tầm quan trọng của khả năng xâm nhập ñường hô hấp, phân biệt:  PM 10 : bụi có d ≤ 10 µm  PM 2.5 : bụi có d ≤ 2.5 µm 2 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI ðánh giá quá trình xử lý bụi  Hiệu suất xử lý bụi hay hiệu suất thu gom (collection efficiency), %: hay: M 1 : lượng bụi thu gom ñược ở thiết bị, kg/s M 0 : lượng bụi ñi vào thiết bị, kg/s M 2 : lượng bụi ñi ra khỏi thiết bị, kg/s Q: lưu lượng khí (m 3 /s) C: nồng ñộ bụi (kg/m 3 ) (chỉ số nhỏ chỉ dòng khí tương ứng)  Khi có n thiết bị xử lý lắp nối tiếp, hiệu suất xử lý bụi tổng cộng: η = 1 - (1 - η 1 )(1 - η 2 )….(1 - η n ) (6.3) (6.1) 100100 21 1 0 1 × + =×= MM M M M η Thiết bị 0 2 1 Vào Thu gom Ra (6.2) 100 00 11 × × × = CQ CQ η 2 3 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.2. Buồng lắng bụi 6.2.1. Nguyên tắc hoạt ñộng Nguyên tắc: Cho dòng khí thải ñi vào buồng lắng có tiết diện tăng, tốc ñộ khí giảm ñột ngột, các hạt bụi tách khỏi dòng khí dưới tác dụng của trọng lực. 6.2.2. Cấu tạo thiết bị Buồng lắng ñơn (H.6.1.a) Buồng lắng có vách ngăn (H.6.1.b) Buồng lắng nhiều tầng (H.6.1.c) Khí thi Khí thi ñã loi bi Phu gom bi Hình 6.1. Các dạng buồng lắng bụi a) b) c) 4 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.2.3. Hiệu suất xử lý Hiệu suất thu gom bụi có cỡ hạt d: L, H: chiều dài, chiều cao buồng lắng, m v g : vận tốc chuyển ñộng ngang của dòng khí, m/s v s : vận tốc lắng của hạt, m/s. Theo ñịnh luật Stokes: ρ p : khối lượng riêng của hạt, kg/m 3 d: ñường kính hạt, m µ : ñộ nhớt của khí, kg/m/s g: gia tốc trọng trường, m/s 2 B: bề rộng buồng lắng, m Q: lưu lượng dòng khí thải, m 3 /s  Với hạt cỡ d<1 µm; biểu thức Stokes phải ñược nhân với hệ số hiệu chỉnh Cunningham (C c ). Giá trị C c tùy thuộc cỡ hạt. (6.4) exp1         −−= Hv Lv g s η (6.5) 18 2 µ ρ dg v p s = (6.6) 18 exp1 18 exp1 22         −−=         −−=⇒ Q LBdg Hv Ldg p g p µ ρ µ ρ η 3 5 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Thực tế, khí thải chứa hỗn hợp bụi nhiều cỡ hạt. Tính η i cho từng cỡ hạt d i theo (6.4); sau ñó từ số liệu phân bố cỡ hạt trong khí thải, tính hiệu suất tổng cộng: w i là phần hạt cỡ d i ðối với buồng lắng nhiều tầng, nhân thêm N (số tầng) vào biểu thức trong ngoặc ở công thức (6.4). Từ phương trình (6.4), η cao khi:  v s càng lớn (tức d lớn, thường với hạt > 50 µm)  v g càng nhỏ (thường v g < 3 m/s)  L/H càng lớn (6.7) ∑ = ii w ηη 6 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Tóm tắt một số thông số với buồng lắng bụi: 4 7 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.3. Thiết bị ly tâm (Cyclone) 6.3.1. Nguyên tắc Dòng khí thải chuyển ñộng theo phương tiếp tuyến với thành thiết bị, lực ly tâm làm hạt bụi văng xa, va chạm thành cyclone mất ñộng năng và rơi xuống theo trọng lực. 6.3.2. Cấu tạo thiết bị Cyclone ñơn  Kiểu dòng vào phía trên cùng (H.6.2.a)  Kiểu dòng vào từ dưới (H.6.2.b) Cyclone chùm (H.6.2.c) Hình 6.2. Các kiểu thiết bị cyclone a) b) c) 8 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.3.3. Hiệu suất xử lý Dựa trên khái niệm “cỡ hạt chia cắt” (“cut diameter”) d 50 hay d cut : cỡ hạt ứng với hiệu quả gom bụi ñạt 50% (Iozia&Leith, 1989): d cut : cỡ hạt chia cắt, m µ : ñộ nhớt khí thải, kg/s/m B: bể rộng ống khí vào, m n t : số vòng xoáy hiệu quả (thường 5 – 10) v i : tốc ñộ khí vào, m/s ρ p : khối lượng riêng của hạt, kg/m 3 Tính hiệu suất thu gom cho cỡ hạt d p theo phương pháp Lapple (công thức 6.9 hay ñồ thị 6.3): Từ phân bố cỡ hạt trong khí thải, tính hiệu suất xử lý tổng cộng theo công thức (6.7). (6.8) 2 9 2/1         = ipt cut vn B d ρπ µ (6.9) )/(1 1 1 2 cutp dd+ −= η 5 9 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Hình 6.3. Hiệu suất thu gom theo tỷ số d/d cut 10 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Ví dụ: Xác ñịnh hiệu suất thu gom bụi của cyclone xử lý bụi từ lò quay xi măng với các ñiều kiện sau:  ðộ nhớt khí thải = 2 x 10 -5 kg/m/s  tỷ khối bụi = 2.9 x 10 3 kg/m 3  vận tốc khí vào cyclone = 15 m/s  số vòng xoáy hiệu quả = 5  ñường kính cyclone = 3 m  bề rộng ống dẫn khí vào = 0.75 m Phân bố cỡ hạt như sau: 7>60 360 650 1040 1630 2020 1510 205 31 % khối lượng Cỡ hạt TB d, µ µµ µm 6 11 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Giải: Tính d cut theo (6.8): Sử dụng phương trình Lapple (6.9), tính ñược các hiệu suất thu gom tương ứng. Từ phân bố cỡ hạt, tính ñược Hiệu suất xử lý tổng cộng η = 66,84% mmd cut µ 94,91094,9 15109,2514,32 75,01029 6 2/1 3 5 =×=         ××××× ××× = − − (6.8) 2 9 2/1         = ipt cut vn B d ρπ µ 12 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Các thông số kích thước ñiển hình của cyclone 7 13 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Tóm tắt một số thông số với cyclone 14 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.4.1. Nguyên tắc Cho khí thải qua vật liệu lọc bằng sợi, hạt bụi ñược giữ lại. Tác dụng lọc bụi liên quan ñến các cơ chế:  Va chạm (impaction) (H.6.4.a)  Chặn (interception) (H.6.4.b)  Khuếch tán (diffusion) (H.6.4.c)  Khác: lắng, tĩnh ñiện, a) b) c) 6.4.Thiết bị lọc túi vải (Fabric filter) Hình 6.4. Các cơ chế lọc bụi bằng túi vải 8 15 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.4.2. Cấu tạo thiết bị Thiết bị lọc dạng túi (Baghouse filter) Vật liệu túi lọc: vải bông, len, dạ, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh Có 3 kiểu làm sạch bụi khỏi túi lọc:  Rung cơ học (shaker)  Khí rửa ngược (Reverse air)  Phun khí theo xung (Pulse-jet) Hình 6.5. Sơ ñồ thiết bị lọc và hình ảnh túi lọc 16 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Rung cơ học Khí rửa ngược Phun khí theo xung Hình 6.6. Sơ ñồ các thiết bị lọc với các kiểu làm sạch bụi khác nhau 9 17 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.4.3. Hiệu suất xử lý α : hệ số chiếm chỗ của vật liệu lọc = thể tích vật liệu/tổng thể tích L: chiều dày của lớp vải lọc, m d f : ñường kính sợi, m η fiber =1 - (1- η va chạm )(1- η chặn )(1- η k.tán )(1- η lắng )… ≈ η va chạm + η chặn + η k.tán + η lắng +… (6.10) )1( 4 exp1         − − −= f fiber d L απ αη η • Các giá trị η thành phần khá phức tạp; có thể xác ñịnh bằng ñồ thị kinh nghiệm. Ví dụ hình 6.6. Hình 6.6. Hiệu suất gom bụi theo cơ chế phụ thuộc vào cỡ hạt 18 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.4.4. Tỷ số A/C Trong thiết kế thiết bị túi lọc, tỷ số khí/vải (Air/Cloth hay A/C ratio) ñược ñịnh nghĩa: tỷ số A/C = Q/A c Q: lưu lượng khí, m 3 /s A c : diện tích bề mặt túi lọc, m 2 Tỷ số A/C chính là vận tốc lọc v f . A/C là thông số thiết kế quan trọng, tùy thuộc vào phương pháp làm sạch bụi: 0.01– 0.03 (m 3 /s)/m 2 Rung cơ học 0.005 – 0.015 (m 3 /s)/m 2 Khí rửa ngược 0.025 – 0.075 (m 3 /s)/m 2 Phun khí theo xung Tỷ số A/CPhương pháp làm sạch bụi Bảng 6.1. Tỷ số A/C với các loại thiết bị túi lọc 10 19 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI < 0.1 với sợi ñan ~ 0.3 với sợi ép Hệ số chiếm chỗ vật liệu α < 1 m 2 ñến vài trăm m 2 Diện tích vải lọc 0.005 – 0.075 m/sVận tốc lọc 18 tháng - 2 nămTuổi thọ trung bình túi lọc 260 - 280ºC Nhiệt ñộ vận hành tối ña 1.25 – 15 cm H 2 Oðộ sụt áp > 0.5 µm Cỡ hạt xử lý hiệu quả > 99%Hiệu suất xử lý bụi Tóm tắt một số thông số với túi lọc 20 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6.5. Thiết bị rửa khí (scrubber) 6.5.1. Nguyên tắc hoạt ñộng Cho khí thải tiếp xúc chất lỏng bụi bị giữ lại và thải ra dạng bùn cặn. Nếu chỉ loại bụi-dùng H 2 O, nếu kết hợp loại khí -dùng dung dịch hóa chất. 6.5.2. Cấu tạo thiết bị Kiểu tháp phun (spray tower) H.6.7.a. Kiểu cyclone (cyclone scrubber) H.6.7.b. Kiểu venturi (Venturi scrubber) H.6.7.c. Khí thải Khí sạch Nước Bùn Khí sạch Khí thải Bùna) b) c) Hình 6.7. Các thiết bị hấp thụ bụi [...]... sánh, l a ch n phương pháp x lý b i Phương pháp x lý liên quan ñ n c h t: BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X 27 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu 28 14 Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X 29 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I BM KTMT - Khoa Môi trư... Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X 23 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I a) D ng ng Hình 6. 8 Các thi t b l c b i tĩnh ñi n BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu b) D ng t m ph ng 24 12 Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I 6. 6.3 Hi u su t x lý Phương trình Deutsch-Andersen:  v pA     Q  η = 1 − exp  (6. 18) A: t ng di n tích b m t thu b i, m2 Q: lưu lư... vp = qECc 2πµd (6. 19) q: ñi n tích h t = ne E: cư ng ñ ñi n trư ng, V/m d: ñư ng kính h t, m µ: ñ nh t khí th i, kg/m/s Cc: h s hi u ch nh Cunningham BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X 25 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I Tóm t t m t s ñ c ñi m c a ESP BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu 26 13 Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I 6. 7 So sánh, l a... NGH X Chương 7 X 55 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I Hình 7.11 Sơ ñ h th ng ñ t có xúc tác x lý VOC (Ngu n: Schnelle, Karl B Air pollution control technology handbook, CRC Press, 2002) BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu 56 28 Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X 57 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC... Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I a) thi t b h p ph ph ng b) thi t b h p ph l p c ñ nh có tái sinh (có th làm vi c v i Q = 9,4 m3/s) (chi u dày l p h p ph = 0,3 - 1,2 m; vg = 6, 0 30 m/min) Hình 7 .6 M t s d ng thi t b h p ph x lý khí BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X 45 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I 7.3.3.X lý các ch t h u... Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu 32 16 Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I B ng 7.2 Phát th i toàn c u các ch t khí khác nhau (1998) ðơn v Mt a-1: tri u t n/năm (Ngu n: Jeremy Colls Air pollution Spon Press, 2002) TCVN 5947-19 96 TCVN 5937-2005 BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X 33 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I Hình 7.1 Phát th... exp −  (6. 14) vg: v n t c c a khí, cm/s ρL: kh i lư ng riêng c a ch t l ng, g/cm3 Z: chi u cao c a tháp h p th , cm f: h s v n hành = 0.1 – 0.3 (6. 15) 2 K pt = vrda 9 µG d d (6. 16) vr: v n t c tương ñ i gi a h t b i và gi t ch t l ng dd có th tính theo công th c: 1.5 Q  50 dd = + 91.8 L  (6. 17) Q  vg  G BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu 22 11 Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X LÝ B I VÀ... ng ðHKH Hu 46 23 Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I M t s sơ ñ công ngh x lý VOC b ng than ho t tính Hình 7.7 H th ng v i l p h p ph c ñ nh có tái sinh b ng hơi nư c và thu h i VOC Ngu n: Schnelle, Karl B Air pollution control technology handbook, CRC Press, 2002) BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X 47 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ...Ph n C CÔNG NGH X Chương 6 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ B I 6. 5.3 Hi u su t x lý (1) Thi t b tháp phun dòng ngư c chi u (Calvert, 1 968 ):  3 QL v d / g Z η d  2 QG v d / w d d η = 1 − exp −      (6. 11) QL, QG: lưu lư ng dòng nư c và dòng khí vd/g: v n t c tương ñ i c a gi t nư c so v i khí vd/w: v n t c tương... Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I a) b) c) Hình 7.3 Các lo i tháp r a khí a) tháp phun ngư c dòng b) tháp có l p ñ m c) tháp có các ñĩa ti p xúc (Ngu n: C.C Lee Handbook of environmental engineering calculations McGraw-Hill, 2000) BM KTMT - Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu Ph n C CÔNG NGH X Chương 7 X 39 LÝ B I VÀ KHÍ TH I LÝ CÁC KHÍ ð C H I 7.2.3 X lý SO2 Công ngh ph . XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI Tóm tắt một số thông số với buồng lắng bụi: 4 7 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 6. 3 Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 16 31 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 32 BM KTMT - Khoa. Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 15 29 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI Chương 6. XỬ LÝ BỤI 30 BM KTMT - Khoa