Đang tải... (xem toàn văn)
Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất ô nhiễm III.1.1. Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu III.1.2. Thay đổi công nghệ và thiết bị III.1.3. Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu III.1.4. Kiểm tra, trang bị thiết bị an toàn phòng chống sự cố III.1.5. Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường III.1.6. Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng,… III.2. Xử lý chất ô nhiễm III.2.1. Xử lý chất ô nhiễm dạng khí (nguyên tắc, yêu cầu về tính chất khí, hỗn hợp khí, công nghệ, kinh tế) III.2.1.1. Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.2. Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.3. Xử lý khí bằng phương pháp nhiệt (nguyên tắc, đặc điểm phương pháp nhiệt và phương pháp xúc tác, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.4. Xử lý khí bằng phương pháp ngưng tụ (nguyên tắc, đặc điểm, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.5. Xử lý khí bằng phương pháp sinh học (nguyên tắc, đặc điểm, phương pháp rửa bùn hoạt tính, đệm sinh học, lọc sinh học, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối). III.2.2. Xử lý chất ô nhiễm dạng bụi III.2.2.1. Nguyên tắc chung III.2.2.2. Tách bụi bằng phương pháp khô III.2.2.3. Tách bụi bằng phương pháp ướt III.3. Pha loãng chất ô nhiễm 34 Sử dụng chất thải thu hồi được sau xử lý
CHƯƠNG III CƠNG NGHỆ KIỂM SỐT Ơ NHIỄM KHÍ III.1 Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất nhiễm III.1.1 Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu III.1.2 Thay đổi công nghệ thiết bị III.1.3 Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu III.1.4 Kiểm tra, trang bị thiết bị an tồn phòng chống cố III.1.5 Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường III.1.6 Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, lượng,… III.2 Xử lý chất ô nhiễm III.2.1 Xử lý chất ô nhiễm dạng khí (nguyên tắc, yêu cầu tính chất khí, hỗn hợp khí, cơng nghệ, kinh tế) III.2.1.1 Xử lý khí phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.2 Xử lý khí phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.3 Xử lý khí phương pháp nhiệt (nguyên tắc, đặc điểm phương pháp nhiệt phương pháp xúc tác, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.4 Xử lý khí phương pháp ngưng tụ (nguyên tắc, đặc điểm, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.1.5 Xử lý khí phương pháp sinh học (nguyên tắc, đặc điểm, phương pháp rửa bùn hoạt tính, đệm sinh học, lọc sinh học, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ khối) III.2.2 Xử lý chất ô nhiễm dạng bụi III.2.2.1 Nguyên tắc chung III.2.2.2 Tách bụi phương pháp khô III.2.2.3 Tách bụi phương pháp ướt III.3 Pha loãng chất ô nhiễm 3-4 Sử dụng chất thải thu hồi sau xử lý 22 CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ơ NHIỄM KHÍ Khơng khí cần thiết cho đời sống người, lồi vật, thực vật Khơng khí bao trùm khắp khơng gian chất nhiễm có khơng khí tràn lan diện tích rộng Từ lâu vấn đề làm khí quyển, chống ô nhiễm trở thành vấn đề nhiều nhà khoa học giới quan tâm, đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển, mật độ tập trung nhà máy cao, mật độ dân cư tường đối lớn Bên cạnh ngành cơng nghiệp hóa chất, luyện kim, lượng,… nguyên nhân sinh chất ô nhiễm thải vào khơng khí có ngành cơng nghiệp mà nhiễm khơng khí ảnh hưởng tới chât lượng sản phẩm công nghiệp vật liệu bán dẫn,công nghiệp dược phẩm III.1 Phòng ngừa giảm thiểu phát sinh chất ô nhiễm Đại cương nguồn gốc sinh chất nhiễm khí ngun nhân sau: - Do phản ứng hoá học trình - Do phương pháp sản xuất cơng nghệ đặc biệt - Do q trình ngưng tụ bay - Do trình khuếch tán - Do q trình gia cơng cơ: nghiền, đập, sàng,… - Do thiết bị bị hở, giai đoạn đầu hay cuối q trình kín - Do cố kỹ thuật tai nạn - Do thiết bị thơng gió Hướng giải tối ưu nguyên nhân gây ô nhiễm thay hồn tồn q trình cơng nghệ khơng có chất thải Mặt khác q trình có lợi mặt kỹ thuật lại sản sinh chất độc khơng cho phép sử dụng Nhưng trước mắt cố gắng tìm biện pháp để giảm lượng chất độc thải cho chúng nằm giới hạn cho phép tăng cưởng cơng tác kiểm tra vệ sinh an tồn lao động Đối với q trình cơng nghệ sử dụng tiến hành bước sau: III.1.1 Thay đổi nguyên liệu, tách tạp chất khỏi nguyên liệu a Thay nhiên liệu ban đầu trình sản xuất ngun liệu phát sinh chất thải Việc thay nhà máy nhiệt điện đốt than dầu, khí làm giảm cách đáng kể lượng tro bồ hóng phần SO2 Việc thay nha máy nhiệt điện đốt dầu ,khí nhà máy sử dụng lượng hạt nhân lượng thuỷ, lượng mặt trời làm giảm đáng kể ô nhiễm Việc thay dầu cách sử dụng nguồn nhiên liệu tái sinh biện pháp tốt chống ô nhiễm Thực chất công gnhệ chế biến sinh khối khí hố gỗ làm cho đường lên men Song việc áp dụng giai đoạn nghiên cứu phải cân nhắc nhiều yếu tố khác giá thành, chất lượgn hỗn hợp 23 Việc thay xăng hydrro để chạy tơ làm khơng khí thành phố lành chất thải sinh đốt hydrro nước b Tách tạp chất gây ô nhiễm khỏi nguyên liệu Song song với việc tìm cách thay ngun liệu, cơng nghiệp lượng, người ta phân tích khí nhiên liệu sử dụng, nhận thấy khói có chứa hợp chất lưu huỳnh (SO2, H2S…), nguyên nhân nhiên liệu sử dụng có chứa S, đốt phản ứng với oxy tạo nên SO2… Vì người ta tìm cách tách S khỏi nhiên liệu Cho tới nay, việc tách S nhiên liệu khí giải từ hàng chục năm Còn hợp chất lưu huỳnh dạng khí đốt tách phương pháp Claux Đối với nhiên liệu lỏng người ta áp dụng phương pháp Hydro hoá (dưới điều kiện xúc tác áp suất), S tách theo phương pháp dạng H2S tách phương pháp quen thuộc để thành S nguyên tố Việc tách tốn Với dầu thô chứa khoảng – 7% lưu huỳnh sau tách, hàm lượng lưu huỳnh dầu đốt đem bán thị trường 2,5 – 3,5% (ở dạng Thiole (R-S-H), Theoeither (R-SR’) Thiophen… Với nhiên liệu rắn, lưu huỳnh tồn dạng Sunfat Pyrit phương pháp tách hợp chất lưu huỳnh đắt, chưa thực III.1.2 Thay thế, cải tiến, đổi công nghệ thiết bị Biện pháp công nghệ cần coi biện pháp bản, cho phép đạt hiệu cao để hạ thấp loại trừ chất thải độc hại thải môi trường Nội dụng biện pháp là: đại hố cơng nghệ làm kín dây chuyền sản xuất a Biện pháp làm kín q trình cơng nghệ: Biện pháp có tác dụng loại trừ chất thải độc hại mơi trường khơng khí khí độc hại thải thải trình sản xuất, giai đoạn vận chuyển đường ống, băng tải giai đoạn sản xuất trung gian Tất chất thải cần thu gom tập trung xử lý thải Hiện thường phát triển phương pháp sản xuất tuần hoàn phần, tức tái sử dụng (sử dụng lần thứ hai) khí thải ra, nhà máy nhiệt điện động đốt trong, nhiên liệu bị đốt cháy sử dụng khả tạo thành khí axit nitoric b Tiến tới việc sử dụng cơng nghệ sản xuất theo cơng nghệ “khơng có chất thải” Trong phương án này, khí thải sử dụng nguyên liệu có giá trị sản xuất cơng nghiệp Bằng biện pháp khí hố nhiên liệu lỏng có lưu huỳnh cao để thu khí dùng cho mục đich sản xuất lượng lưu huỳnh, sản phẩm khác Tổ chức sản xuất công nghiệp theo nguyên tắc công nghệ không chất thải đáp ứng đồng thời yêu cầu sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên bảo vệ môi trường Nhưng để chuyển tất công nghệ sang công nghệ đảm bảo không chất thải cần có thời gian dài, khơng nước ta mà tất nước đòi hỏi chi phí lớn 24 Biện pháp cơng nghệ chống nhiễm mơi trường bao gồm biện pháp thay chất độc hại dùng sản xuất chất khơng độc hại độc hại hơn, làm chất độc hại nguyên vật liệu trước đưa vào sản xuất, ví dụ tách lưu huỳnh từ nhiên liệu than, dầu, thay phương pháp gia công khô vật liệu nhiều bụi phương pháp ướt, thay nung lửa nung điện, thay trình sản xuất gián đoạn trình sản xuất liên tục Các phương pháp kể đương nhiên khơng bao hàm hết tất khía cạnh khả sử dụng cơng nghệ hợp lý với mục đích hạ thấp hay loại trừ chất độc hại thải môi trường, kể hết giải pháp thực tế sáng tạo nhà kỹ thuật vệ sinh, nhà công nghệ, kỹ sư lĩnh vực Độ kín thiết bị máy móc điều kiện cần thiết sản xuất đại Hiện xuất nhu cầu vè quy phạm nghiêm nghặt độ kín loại thiết bị hố học Sự hư hại độ kín thiết bị không đảm bảo tiêu chuẩn thiết bị mà khơng tránh hiểm hoạ q trình sử dụng Những nhà máy chế tạo thiết bị cần kiểm tra nghiêm ngặt độ kín thiết bị rõ mức độ kín lý lịch thiết bị Mức độ kín xác định băngt nghiệm thiết bị theo áp lực thời gian quy định Những yêu cầu vệ sinh môi trường thiết bị sản xuất đề trời thiết bị để nhà Các máy móc phải đạt yêu cầu hoạt động liên tục kín Thiết bị kín thiết bị máy móc khơng có vòng nối, nắp đậy có nguy rò rỉ Nừu có chỗ lọt chất độc hại cần trang bị thiết bị hút thải đưa chúng đến camera làm Khi vận chuyển nguyên liệu phải có biện pháp tương ứng đẻ tránh làm nhiễm đất, khơng khí thị khu vực nhà máy Để vận chuyển chất nguyên liệu lỏng khí nén phải dùng xitec chuyên dụng Phải hạn chế vận chuyển chai lọ Khơng khí từ xitec đổ rót chất có bay (như Clo hay xăng dầu) cần phải dùng biện pháp hoá học để hấp thụ khí bay Những vật liệu bột cần phải bảo quản kho kín cơng trình chuyên dụng silo, bunke, III.1.3 Xây dựng lại điều kiện kỹ thuật tối ưu Phân tích nguyên nhân gây nhiễm trường hợp cụ thể thay đổi q trình kỹ thuật để giảm lượng chất nhiễm thải Có thể đưa số ví dụ sau: Phương pháp tiếp xúc hai lần sản xuất H2SO4: sản xuất axit Sunfuric, người ta dùng SO2 oxi hoá tháp tiếp xúc theo phản ứng: xúc tác SO2 + 2O2 2SO3 SO3 tạo thành hấp thụ tạo nên Oleum hay H2SO4 Vì phản ứng oxi hố thực tế điều kiện cân cao khoảng 98% SO2 chuyển hố, lượng SO2 lại vào khí thải 25 Người ta dùng thiết bị hấp thụ trung gian sau đạt hiệu suất oxi hố x = 0,9 Sau lại cho hỗn hợp khí vào tiếp xúc lần thứ hai, khoảng 99,5% SO2 chuyển hoá thành SO3 Như làm giảm cách đáng kể lượng SO2 theo khí thải so sánh với phương pháp tiếp xúc đơn giản 9một lần) - Đó nguyên tắc phương pháp tiếp xúc hai lần Nhờ phương pháp mà giảm 17 kg SO2/Tấn sản phẩm xuống – kg SO2/Tấn sản phẩm Việc thay lò sản xuất bít hở lỗ kín công nghệ sản xuất đất đèn làm giảm lượng bụi thải tới 60 – 70% Ngoài việc ln kiêm tra độ kín thiết bị dây chuyền sản xuất, việc sửa chữa nhanh chóng thiết bị hỏng, lamg phận hoặct hay đổi phần khơng thích hợp góp phần đáng kể vào việc giải giảm nồng độ chất ô nhiễm nguồn III.1.4 Kiểm tra, trang bị thiết bị an tồn phòng chống cố III.1.5 Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường III.1.6 Giảm định mức nguyên liệu, nhiên liệu, lượng,… III.2 Xử lý chất ô nhiễm III.2.1 Xử lý chất nhiễm dạng khí (ngun tắc, yêu cầu tính chất khí, hỗn hợp khí, công nghệ, kinh tế) Kỹ thuật xử lý chất ô nhiễm đạng khí (thực chất q trình tách hay nhiều loại chất khí gây nhiễm khỏi hỗn hợp khí) nói chung khó khăn thành phần khí tách có nồng độ nhỏ Vì phức tạp tốn so với kỹ thuật xử lý ô nhiễm bụi Để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp, người ta phải ý số yêu cầu sau: - Tính chất khí nhiễm cần tách (tính chất vật lý, hố học, khả kết hợp phản ứng với cấu tử khác, nhiệt độ bay hơi, ngưng tụ, nhiệt độ cháy ) - Tính chất hỗn hợp khí (bao gồm loại khí nào, khả cháy nổ, ngưng tụ, hàm lượng bụi, nồng độ khí nhiễm…) - Tính chất q trình cơng nghệ (liên tục, gián đoạn, suất, lưu lượg khí, yêu cầu độ sạch…) - Chi phí đầu tư, xây dựng, vị trí đặt thiết bị… Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà người ta lựa chọn biện pháp xử lý thích hợp, tập trung vào số phương pháp như: hấp thụ, hấp phụ, oxy hoá, xúc tác, ngưng tụ Sau giới thiệu điểm kỹ thuật xử lý phương pháp nêu III.2.1.1 Xử lý khí phương pháp hấp thụ (nguyên tắc, đặc điểm dung dịch hấp thụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ) a Ngun tắc: 26 Khí nhiễm táh khỏi hỗn hợp khí cách hồ tan vào dung dịch thích hợp Dung dịch thường nước dung dịch hữu cơ, vơ lỗng Có hai loại hấp thụ: - Hấp thụ vật lý hấp thụ thuận ngịch lực liên kết khí lỏng lực vật lý (Vandec-van) Ví dụ: hấp thụ CO2 nước - Hấp thụ hoá học: lực liên kết lực hố học, nói cách khác hấp thụ hố học hấp thụ vật lý có kèm theo phản ứng hố học, thường khơng thuận ngịch liên kết bền Ví dụ: hấp thụ NOx, SO2 dung dịch kiềm Với trình hấp thụ xử lý khí nhiễm hấp thụ hố học đặc biệt thuận tiện có liên kết bền vững Vì nồng độ khí hấp thụ vơ nhỏ nên lượng nhiệt toả không đáng kể dung dịch hấp thụ tuần hồn nhiều lần Q trình hấp thụ gồm bước sau: - Khuếch tán khí nhiễm từ pha khí tới bề mặt màng lỏng - Khuếch tán từ bề mặt tới bề mặt phân chia pha Hấp thụ phản ứng hoá học Khuếch tán sản phẩm phản ứng từ bề mặt phân chia pha qua màng lỏng Khuếch tán sản phẩm từ màng lỏng vào pha lỏng Tốc độ trình hấp thụ định giai đoạn chậm Nói chung hấp thụ khí bịi nhiễm, q trình khuếch tán từ pha khí tới bề mặt phân chia pha chậm tốc - độ trình hấp thụ m = G.F P Đối với số khí nhiễm thường phản ứng (ví dụ rượu chlo hữu cơ, hợp chất thơm, ketone, ester, glycole…), trình hấp thụ vật lý tuân theo định luật Henry: CL = L.PK CL: Nồng độ hoà tan pha lỏng L = 1/H : Hằng số hoà tan H: Hằng số Henry b Đặc điểm dung dịch hấp thụ: Việc lựa chọn dung dịch hấp thụ phải đạt tiêu chuẩn sau: - Có tính chất hồ tan chọn lọc, hấp thụ tốt chất ô nhiễm cần xử lý hỗn hợp khí - Độ nhớt nhỏ, để dễ chuyển động - Nhiệt dung bé, nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ hỗn hợp khí vào - Khơng tạo kết tủa - bay để tránh tổn thất - Khơng độc với người, khơng ăn mòn thiết bị - Khơng gây nhiễm nước thải - Có khả hoàn nguyên - Rẻ, dễ kiếm 27 c Thiết bị hấp thụ: Tính tốn q trình hấp thụ:(sẽ bổ xung phần tinh tốn ) Việc tính hiệu suất hấp thụ dựa vào lượng chất ô nhiễm hấp thụ Có thể tính theo cơng thức chuyển khối: m = K.F Y Trong đó: K: Hệ số chuyển khối F: Bề mặt tiếp xúc pha, xảy q trình truyền chất khí vào lỏng y: Động lực trình hấp thụ y= y đầu - y cuối y đầu 2,3 lg y cuối hấp thụ = f (T0, P, , Vkhí/Vlỏng, Phơi) Nhiều trường hợp cụ thể người ta xây dựng công thức thực nghiệm loại chất ô nhiễm, dung dịch hấp thụ thiết bị Nói chung muốn tăng tốc độ q trình hấp thụ phải tăng: - Chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm pha khí pha lỏng - Tăng bề mặt tiếp xúc pha - Lựa chọn nhiệt độ áp suất làm việc thích hợp - Lựa chọn dung dịch hấp thụ thich hợp Các loại thiết bị hấp thụ: Thiết bị hấp thụ thường dạng tháp: - Tháp rửa rỗng, - Tháp đệm, - Tháp đĩa lưới, - Tháp phun tia, - Tháp sủi bọt, - Tháp Ventury… Dòng khí lỏng chiều ngược chiều Sau dung dịch bão hồ khí nhiễm tuỳ trường hợp cụ thể đưa khử hấp thụ để lấy dung dịch đưa lại tháp hấp thụ chuyển cho trình khác Dưới sơ đồ trình hấp thụ có việc tuần hồn sử dụng dung dịch hấp thụ: 28 Khí Khí Làm lạnh Thiết bị hấp thụ Thiết bị nhả hấp thụ Khí vào Trao đổi nhiệt Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị hấp phụ có kèm nhả hấp thụ d Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng: Phương pháp hấp thụ thường sử dụng để xử lý chất nhiễm có khả hoà tan phản ứng tốt với dung dịch (ví dụ SO2, NOx, CO2, HF), đặc biệt oxit axit vơ cơ, thích hợp với dùn dịch hấp thụ mang tính kiềm Có thể xử lý khí với lưu lượng khí lớn, ứng dụng nhiều ngành cơng nghiệp để xử lý khí thải Một số dung dịch có khả hồn ngun để thu hồi khí nhiễm sử dụng lại dung dịch hấp thụ, xuất sơ đồ côgn gnhệ hấp thụ – nhả hấp thụ với số khí nhiễm dung dịch hấp thụ có giá trị Nếu dung dịch sau hấp thụ khơng có khả hồn ngun phải thải bỏ xt nước thải cần xử lý - Thiết bị hấp thj nói chung đơn giản dễ vận hành chiếm nhiều diện tích Dưới bảng số dung dịch hấp thụ thường dùng với số khí nhiễm - Oxi hoá Amin, Merkaptanen, H2S, Aldehyt, Fenoln mit Ozon – Hypochlorit Losng - Axit hữu cơ, Fenonle Merkaptannen – NaOH, KOH - Pyriden – N – halogen, Hơi hữu kiềm – H2SO4 - Bảng 3.1 Một số dung dịch hấp thụ thường dùng với số khí ô nhiễm Dung dịch hấp thụ Khí hấp thụ Chất biến đổi Phương pháp hoàn nguyên Chú ý H2O Cl2 (do q trình Clo hố) HCl HClO HClO tách than Hấp thụ nóng HCl khí thải NaOH Cl2 Khí thải chứa nhiều Clo 29 CaOH Cl2 CCl4 Cl2 NaOH H2S MĐA H2S DĐA H2S Fe(OH)2 huyền phù, môi trường dư Na2CO3 H2S H2O Flour, HF, SiF4 CaHCl CaCl2 Hấp thụ tiến hành điều kiện lạnh Na2S Tuần hoàn hấp thụ Na2CO3 tiếp tục phản ứng H2SiF6 III.2.1.2 Xử lý khí phương pháp hấp phụ (nguyên tắc, đặc điểm chất hấp phụ, thiết bị, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, sơ đồ) a Nguyên tắc: Chất khí ô nhiễm giữ lại bề mặt chất rắn Chất rắn gọi chất hấp phụ Khí nhiễm hấp phụ gọi chất bị hấp phụ Việc liên kết bề mặt lực vật lý hay lực liên kết hoá học Hấp phụ liên kết vật lý thường phổ biến, dễ thu hồi lại khí nhiễm nồng độ cao q trình hồn ngun chất hập phụ b Đặc điểm chất hấp phụ: Chất hấp phụ chất xốp, rỗng, có diện tích bề mặt lớn, có khả giữ lại khí nhiễm, tách chúng khỏi dòng khí Một số chất hấp phụ thường dùng là: - Than hoạt tính: Là chất hấp phụ phổ biến Than hoạt tính có bề mặt riêng lớn (500 ~ 1000 m2/g), đường kính lỗ xốp ~ – m nên giữ lại phần tử khí dính bám, ngồi có khả mao quản chất khí nhiễm nhờ lực ngưng tụ làm tăng khả hấp phụ tách chúng khỏi thải.Than hoạt tính kỵ nước lượng nhỏ nước Vì hợp cho việc hấp phụ chất kỵ khí dòng khí hấp phụ thích nước từ 30 - - Sáng phân tử Zeolit nhân tạo (hỗn hợp Hình 3.2 Ảnh chụp kính hiển vi tnh thể Silicat nhôm, kiềm, kiềm điện tử lỗ mao quản bề mặt thổ) Mạng tinh thể có khơng gian tự với đường than hoạt tính o kính – 10° , giữ lại phân tử khí nhỏ Hiện thị trường có nhièu laọi Zeolit để hấp phụ khí nhiễm, số loại Zeolit màng có tính chất gần than hoạt tính mà lại chịu nước không bị cháy Oxit nhôm chất hấp phụ tốt Silicagen chất hấp phụ tốt hcỉ thích hợp với hỗn hợp khí thải khơ bị rữa gặp nước Tuổi thọ chất hấp phụ phụ thuộc vào lượng chất hấp phụ đơn vị khí cần làm trật tự xếp chất hấp phụ thể tích cực tiểu - c Thiết bị hấp phụ: Tính tốn q trình hấp phụ:(bổ xung phần tính tốn - Độ hấp phụ: ( Độ hấp phụ lượng chất bị hấp phụ (g) lượng (g) chất hấp phụ Độ hấp phụ phụ thuộc vào lượng chất khí bị hấp phụ độ hỗn hợp khí Những phần tử có kích thước lớn khơng hấp phụ mà làm tắc lỗ chất hấp phụ (ví dụ bụi) Vì trước thiết bị hấp phụ phải có thiết bị tách bụi Độ hấp phụ tăng với việc tăng hàm lượng cacbon chất hấp phụ, tăng khối lượng phân tử tăng áp suất làm việc ngược lại giảm theo nhiệt độ Độ hấp phụ bão hoà: số g chất bị hấp phụ cực đại g chất hấp phụ phụ thuộc chất chất hấp phụ = (T, P, , Tsơi): Khi T tăng giảm (do trình hấp phụ trình toả nhiệt), lợi dụng tính chất để nhả hấp phụ nước; P tăng tăng; độ ẩm tăng giảm - Hiệu suất hấp phụ: = lượng khí nhiễm bị hấp phụ VR = VE, S R S RE SR Giữa chất ô nhiễm bị hấp phụ áp suất riêng phần khí có mối quan hệ sau: m = a.p1/n mx m : khối lượng chất bị hấp phụ mx: khối lượng chất hấp phụ p: áp suất riêng phần chất khí nhiễm hỗn hợp khí a, n: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ tính chất chất hấp phụ 31 Để đánh giá hiệu làm việc thiết bị người ta thường dùng hiệu suất tách bụi định nghĩa sau: Lượng bụi tách = Lượng bụi có khí vào Nếu sơ đồ thiết bị tách bụi sau: VRE.SRE VR.SR mA Trong đó: VR: lưu lượng khí SR: lượng bụi theo khí VRE: lưu lượng khí SRE: lượng bụi khí mA: lượng bụi thiết bị tách = mA V S VRE S RE mA R R VR S R VR S R VRE S RE m A Nếu thiết bị kín: VR = VRE thì: = S R S RE SR Nếu có nhiều tiết bị tách bụi đặt liên tiếp, tính hiệu suất tách bụi thiết bị: i = i S Ri S RE và: S Ri = – (1 - 1) (1 - 2) (1 - 3) … (1 - n) i = R RE (1 ) R Trong đó: R RE tương ứng hàm lượng cỡ hạt cho trước có khí thải vào khỏi thiết bị tách bụi, = Si/S số mà phụ thuộc vào tính chất bụi điều kiện làm việc thiết bị 47 Nói chung thiết bị tách bụi gồm thiết bị tách bụi khô (tách trọng lực, lọc điện khô) hay thiết bị tách bụi ướt (lọc điện ướt, ướt với phận chuyển động, ướt với phận không chuyển động) Sau số thiết bị tách bụi III.2.2.2 Tách bụi theo phương pháp khô a Thiết bị tách bụi lắng trọng lực: Cơ chế tách bụi theo phương pháp làm cho bụi lắng xuống tác dụng trọng lực Thiết bị xem đơn giản buồng lắng, dung để tách bụi có kích thước lớn khỏi dòng khí Buồng lắng đóng vai trò cấp lọc thơ ban đầu tổ hợp với thiết bị lọc bụi khác Buồng lắng chia thành nhiều ngăn lắng nhằm tăng hiệu giữ lại bụi Buồng lắng khơng gian hình hộp, tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào vận tốc dòng hỗn hợp khí-bụi giảm xuống tới nhỏ vào buồng lắng, nhờ mà hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy tác dụng trọng lực bị giữ chặt lại Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp Có thể xây dựng vật liệu sẵn có Chi phí lượng, bảo quản, vận hành thấp Tổn thất áp suất thấp Có thể làm việc nhiệt độ áp suất khác Hạn chế: Cồng kềnh, chiếm nhiều không gian Chỉ tách bụi có kích thước tương đối lớn Phạm vi áp dụng: Thường sử dụng để tách bụi sơ có nồng độ cao, kích thước lớn Chủ yếu dùng cho bụi có: d > 50 m tỷ khối bụi nhỏ, d> 10 m tỷ khối bụi lớn Khí Khí vào Bụi lắng Hình 3.14 Sơ đồ khơng gian cấu tạo buồng lắng bụi 48 b Làm khí vật liệu lọc: Ngun tắc: Hạt bụi tách khỏi dòng khí nhờ môi trường xốp (vải, sợi thuỷ tinh…) Các hạt bụi bị giữ lại phía vật liệu lọc tác dụng lực quán tính, lực khuếch tán, lực điện trường… chúng định kỳ tách khỏi vật liệu lọc cách lắc, rung thổi dòng khí ngược chiều Các vật liệu sử dụng làm vật liệu lọc: sợi tự nhiên (vải bông, len); sợi tổng hợp (polyamit, teflon, nilon, polyeste…), sợi khoáng (thuỷ tinh, amiăng), sợi kim loại (thép chất lượng cao) Điển hình sử dụng phương pháp với thiết bị lọc bụi tay áo (hay gọi lọc túi) Bộ phận rũ bụi Khí Đường khí Túi lọc Đường khí vào Tấm chắn Tấm đỡ Dòng khí chứa bụi Phễu chứa bụi Hình 3.15 Thiết bị lọc bụi túi 49 Hình 3.16 Bộ phận rũ bụi thiết bị lọc bụi túi Tổn thất áp suất phụ thuộc cấu tạo thiết bị (thường khhoảng 600 – 1500 m 3/m2.h) Thể tích khí qua lọc tuỷ theo thiết bị, thường dao động khoảng 50 – 150 m 3/m2.h, với khí nóng < 50 m3/h Hiệu suất tách bụi thiết bị tính theo công thức: = - e kw n Trong đó: w khối lượng bụi giữ lại đơn vị diện tích túi; k n đại lượng phụ thuộc vào tính chất khí, bụi vật liệu làm túi, k n xác định thực nghiệm Ưu điểm: Có thể lọc bụi có kích thước nhỏ 0,5 m Hiệu suất cao (trong nhiều trường hợp đạt 99,9%), đáp ứng tiêu chuẩn môi trường Vật liệu lọc chịu nhiệt độ cao 4000C (như teflon, sợi bơng khống, sợi thuỷ tinh, sợi kim loại) Là giải pháp thay cho lắng tĩnh điện để tránh kích thích tái tạo dioxin Có khả lọc bụi kim loại nhiệt độ < 2500C Nhược điểm: Chi phí cho vật liệu lọc cao Khơng thích hợp với bụi có độ ẩm c Lắng tĩnh điện (ESP): Nguyên tắc phương pháp: Khí thải chứa bụi dược thổi qua khơng gian hai loại điện cực Điện cực tiếp đất gọi điện cực lắng (điện = 0) Điện cực lại gọi điện cực quầng, điện cực dây dẫn điện nối với cực âm nguồn điện chiều có điện áp cao (thường khoảng -40.000V) tạo nên cường độ điện trường lớn làm xuất quầng sáng bao phủ quanh điện cực ion hoá mãnh liệt Các hạt bụi dòng khí đưa vào ion hố chúng tích điện âm, tác dụng lực điện trường mạnh hạt bụi chuyển động phía điện cực lắng Trên bề mặt điện cực lắng, hạt bụi điện tích, dính vào 50 tạo thành mảng bụi khí ngồi Các mảng bụi định kỳ tách khỏi thiết bị phương pháp học (rung, lắc), điện từ rửa Như trình tách bụi điện gồm giai đoạn sau: - Tích điện cho hạt bụi - Chuyển dịch hạt bụi tích điện phía điện cực - Lắng hạt bụi bề mặt điện cực - Tách bụi khỏi bề mặt điện cực Vùng quầng sáng sangs Điện cao Điện cực Các điện tử Các ion (-) Bụi Các ion (+) Điện cực lắng Hình 3.17 Nguyên lý thiết bị tách bụi điện Các loại thiết bị lọc bụi điện: - Dựa vào hình dạng điện cực lắng, ESP chia thành hai loại kiểu ống (trụ lục lăng) kiểu tấm, kiểu ống thường sử dụng để thu hồi bụi dạng lỏng kiểu dùng thu hồi bụi dạng khơ - Theo chiều dòng khí: Lọc bụi điện nămg ngang (khí chuyển động theo phương nằm ngang); lọc bụi điện thẳng đứng (khí chuyển độgn theo chiều thẳng đứng từ lên) - Phân loại theo số điện trường có thiết bị (một hay nhiều điện trường) 51 - Phân loại theo trạng thái bụi: lọc điện khô (Tngưng > Tngưng tụ, bụi khô); lọc điện ướt (Tngưng < Tngưng tụ, tách bụi phun rửa) Dây điện áp cao để phóng điện tạo quầng Tấm điện cực thu bụi Khí nhiễm Khí Phóng điện tạo quầng sáng dọc theo chiều dài dây Tiếp đất Bụi bẩn xuống phễu hứng Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý EPS 52 Hình 3.19 Hình ảnh thiết bị EPS kiểu Ưu điểm phương pháp: Hiệu suất tách bụi cao: Khi nồng độ bụi khí 7g/m bụi có kích thước từ 0,5 m trở lên hiệu suất đạt đến 99% Chi phí lượng thấp: 0,6 – 0,8 Kw/1000 m3 khí Tách bụi có kích thước nhỏ (d ~ 0,1 m) Có khả làm việc điều kiện bụi khơ ướt Có khả làm việc dải nhiệt độ áp suất cao Khả tự động hoá cao Tổn thất áp suất nhỏ Nhược điểm: Không thể làm việc hỗn hợp khí cháy nổ Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích Chi phí cho thiết bị cao Khơng thích hợp với xí nghiệp vừa nhỏ Đọ nhạy cao, thay đổi thơng số cơng nghệ hiệu thu bụi giảm sút nhiều (kể cố học) Chi phí đầu tư cao, thiết bị sử dụng nhà máy nhiệt điện lên đến 30 triệu USD Phạm vi áp dụng: Hiện giới có khoảng 50% khí thải xử lý phương pháp Thường dùng ngành cơng nghiệp: Phân bón, luyện kim, dầu mỏ, gốm sứ, giấy, xi măng… cao, dễ gây tắc vật liệu lọc d Lắng ly tâm: Thiết bị xyclon, dòng khí bụi đưa thiết bị theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ thiết bị, tác dụng lực ly tâm hạt bụi bị đẩy xa tâm quay ròi chạm vào thành thiết bị, hạt bụi bị động bị rơi xuống đáy tác dụng trọng lực Hiệu suất tách bụi cyclon khơ bụi có kích thước 40 m đạt tới 75 – 90% 53 Ưu điểm: Giá thành đầu tư thấp Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành Chi phí sửa chữa, bảo hành thấp Có khả làm việc liên tục Có thể chế tạo vật liệu khác tuỳ theo yêu cầu nhiệt độ, áp suất, mức độ mài mòn Hạn chế: Hiệu suất tách bụi thấp bụi có d < m Dễ bị mài mòn hạt bụi có độ cứng cao Hiệu suất giảm hạt bụi có độ kết dính cao Phạm vi áp dụng: Thích hợp với bụi có ích thước hạt < 20 m Thường dùng lĩnh vực lò đốt, xi măng, mỏ, bột giấy, gỗ… Khí Khí + bụi Bụi Hình 3.20 Sơ đồ không gian cấu tạo xyclon III.2.2.3 Tách bụi theo phương pháp ướt a Nguyên tắc chung thiết bị tách bụi ướt: Những hạt bụi hoăch đưa vào ngược chiều tiếp xúc với màng chất lỏng, giọt tách dễ dàng khỏi hỗn hợp khí thiết bị tách khơ Để liên kết hạt bụi chất lỏng cần ý yếu tố như: - Hiệu suất va chạm hạt bụi nước - Hiệu suất ngưng tụ (vid thiết bị tách ướt có phận làm lạnh khí) - Hiệu suất khuếch tán 54 Hiệu suất tách bụi thiết bị tách bụi ướt nói chung phụ thuộc vào tốc độ tương đối hạt bụi giọt lỏng mật độ bụi (đặc biệt với hạt bụi < 0,5 m Để đơn giản, người ta đưa công thức thực nghiệm tính hiệu suất tách bụi: = - o e K ¦W K2 o: hiệu suất tách bụi khô thiết bị W: lượng nước cần bổ xung K1, K2: hệ số phụ thuộc vào tính chất bụi, độ lớn giọt nước, tốc độ tương đối bụi giọt nước thiết bị Hiệu suất làm nước đưa vào phụ thuộc vào nhiêu ếu tố, tính đơn giản hố: m= VK = thể tích khí/thể tích nước đưa vào V¦W Ưu điểm phương pháp tách bụi ướt bên cạnh hạt bụi có số chất nhiễm dạnh khí tách Nhược điểm: xuất bùn nhão, gây khó khăn cho việc xử lý nước thải b Thiết bị tách bụi ướt phận chuyển động: • Tháp rửa khí rỗng: Thiết bị thường sử dụng để lọc bụi thơ khí thải Nước phun thành giọt nhỏ ngược chiều vng góc với dòng khí bụi Dưới tác dụng va đập quán tính hạt bụi giọt nước, bụi bị dính vào giọt nước lắng xuống Khí khỏi thiết bị Hiệu suất tách bụi: khoảng 94% bụi có kích thước d = m 99% bụi có d = 25 m Để tăng hiệu suất đặt thêm khay lưới chắn, đạt 97% bụi có d = m 100% bụi có d = 25 m 55 Khí Nước Khí vào Xả bùn cặn Vỏ thiết bị Tấm chắn (khử sương) Vòi phun nước Bộ phận hướng dòng phân phối khí Hình 3.21 Tháp rửa khí rỗng • Tháp rửa khí có lớp đệm (Scrubber): Tháp rửa khí với lớp đệm thùng có tiết diện tròn chữ nhật, bên có chứa lớp vật liệu rỗng tưới nước Dòng khí bụi dòng nước phun vào theo phương vng góc với nhau, bụi bị giữ lại chảy xuống phía đáy tạo thành cặn, khí ngồi Bùn cặn định kỳ xả theo đường van xả cặn Hiệu làm đạt tới 90% hạt có d > m Nước Khí Khí vào Xả bùn cặn Tấm đục lỗ Lớp vật liệu rỗng Dàn ống phun nước Hình 3.22 Tháp rửa khí Scruber 56 • Thiết bị lọc bụi Venturi: Dòng khí bụi từ xuống Tại chỗ thắt tốc độ tăng lên đột ngột, đạt đến 50 – 180m/s Cũng chỗ thắt có dãy lỗ để phun nước vào Nước phun vào, gặp dòng khí có tốc độ cao bị dòng khí xé thành giọt nhỏ mịn Bụi dòng khí va đập với giọt nước bị bắt dính giọt nước Qua khỏi chỗ thắt, tiết diện tăng dần nên tốc độ dòng khí giảm dần Các giọt nước lắng xuống đáy thiết bị tạo thành bùn bị tách Hiệu suất tách bụi cao: Đạt 99% bụi có kích thước submicron; 99,5% bụi có d = m Ưu điểm: Giá thành đầu tư thấp, Có hiệu suất tách bụi cao bụi có kích thước nhỏ Có thể vận hành nhiệt độ tương đối cao, khơng có tượng bụi quay lại Nhược điểm: Tiệu thụ lượng lớn Chi phí bảo dưỡng cao dễ bị ăn mòn, mài mòn Tổn thất áp suất tương đối lớn thiết bị có hiệu suất tách bụi cao Khí + bụi Nước Bùn thải Hình 3.23 Thiết bị lọc bụi Ventury b Thiết bị tách bụi ướt khơng có phận chuyển động: • Xyclon ướt: Dòng khí bụi đưa vào phần thân hình trụ xyclon Nước phun từ nhiều đầu phụ nhỏ đặt trục quay tâm hình trụ, nhờ nước phun thành tia từ tâm ngồi qua dòng khí chuyển động xốy Nếu phần thân xyclon phía vùng phun nước đủ cao khơng cần đến phận khử sương mù 57 Các giọt nước bắt hạt bụi, giọt nước chứa bụi, tác dụng lực ly tâm, văng phía va chạm vào thành ướt xyclon Sau chúng theo thành chảy xuống đáy xyclon bị loại bỏ Hiệu tách bụi cyclon ướt phụ thuộc vào kích thước giọt nước tạo ra: Với giọt nước có d > 100 m, hiệu suất đạt 100%; giọt có 50 m < d