đề cương ôn tập môn xử lý khí thải

CHƯƠNG 2.1.3 Cơ chế tách bụi khỏi dòng thải (1) Va đập (Impaction)  Do quán tính, hạt bụi có kích thước lớn (có động năng) chuyển động thẳng hướng vật cản đường đi; dòng khí bị bẻ cong để quavật cản hạt tiếp tục di chuyển va đập vào vật chắn Cơ chế xảy xử lý bụi lọc túi vải hay rửa khí (vậtcản: sợi vải hay giọt nước) Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu va đập: • Kích thước hạt: hạt lớn dễ tách • Sự chênh lệch vận tốc hạt vật cản • Kích thước vật cản      Chặn (Interception) Các hạt 0,1 – 1,0 µm mang dòng khí đến sát bề mặt vật cản (khoảng cách nhỏ bán kính hạt), chạm vào vật cản Do quán tính nhỏ nên hạt khơng tách khỏi dòng mà theo dòng khí tiếp cận bề mặt xung quanh vật Cơ chế xảy lọc túi vải rửa khí Khuếch tán (Diffusion)  Cơ chế chủ yếu với hạt < 0,3 µm, đặc biệt hạt 0,01 – 0,1 µm  Do chuyển động Brown, hạt thay đổi hướng ngẫu nhiênvà bị giữ lại va đập vào vật cản  Cơ chế xảy lọc túi vải  Hệ số khuếch tán đặc trưng khả khuếch tán hạt: Lực hút tĩnh điện (Electrostatic attraction)   Hạt tích điện vào điện trường bị hút cực trái dấu giữ lại Điện lượng q (C) mà hạt tích điện trường E (V/m): (2 -9) • • • •    D = số điện hạt dp = đường kính hạt (m) E = cường độ điện truờng (V/m) Ɛ0= hệ số điện thẩm = 8.854 x 10-12 C/V/m Lực điện trường làm hạt tích điện di chuyển: Lực ma sát hạt di chuyển điện trường: Cân lự ốc độ di chuyển hạt cực thu gom: (4) Trọng lực (Gravity)  Các hạt kích thước lớn di chuyển đủ chậm dòng khí trọnglực đủ làm hạt lắng xuống  Đây chế buồng lắng bụi 2.2.1 Quá trình hấp thụ (absorption process) 2.2.1.1 Khái niệm     Là trình thu hút chọn lọc hay số cấu tử hỗn hợp khí (chất bị hấp thụ) chất thu hút thể lỏng (chất hấp thụ) Cơ chế q trình:  Khuếch tán phân tử chất khí khối khí thải đến bề mặt chấtlỏnghấpphụ(khuếch tán rối khuếch tán phân tử)  Vận chuyển chất khí qua bề mặt chất phân cách vào chất hấp thụ  Khuếch tán chất khí vào sâu lòng khối chất lỏng hấp thụ Phạm vi áp dụng: Khí thải có nồng độ khí độc hại tương đối lớn (>1% v/v) Đối tượng xử lý: SO2, H2S, HCl, Cl2, NH3  Để cải thiện hiệu hấp thụ cần:  Cung cấp bề mặt tiếp xúc lớn pha khí lỏng  Cung cấp khuấy trộn tốt pha khí lỏng  Có thời gian lưu hay tiếp xúc đủ dài pha 2.2.2.2 Yêu cầu với chất hấp thụ  Có dung lượng hấp thụ (mg/g) cao  Có tính chọn lọc cao với cấu tử bị hấp thụ  Có khả bay thấp  Có tính chất động học tốt  Khơng có tính ăn mòn nhiều đến thiết bị  Có giá thành rẻ dễ kiếm 2.2.2.3 Các loại thiết bị hấp thụ  Buồng phun, tháp phun: chất lỏng (dung dịch hấp thụ) phun thành giọt nhỏ thể tích rỗng thiết bị cho dòng khí qua (ngược dòng) – kết hợp loại bụi  Thiết bị hấp thụ có lớp đệm vật liệu rỗng  Chất lỏng tưới lớp đệm chảy xuống tạo bề mặt ướt lớp đệm để dòng khí tiếp xúc qua  áp dụng phổ biến  Ưu điểm: tăng bề mặt tiếp xúc khí-lỏng  Vật liệu đệm: đá, sành sứ, kim loại, plastic, ; Các yếu tố ảnh hưởng: tốc độ khí thải, tốc độ phun chất lỏng, kích cỡ vật liệu đệm, chiều cao tháp 2.2.3 Quá trình hấp phụ (adsorption process) 2.2.3.1 Khái niệm Hấp phụ tượng (quá trình) gây tăng nồng độ chất hỗn hợp chất bề mặt tiếp xúc hai pha (rắn - khí, rắn -lỏng, lỏng - khí) Trong XLKT, Hấp phụ: hay số chất khí nhiễm khí thải bị giữ lại bề mặt vật liệu rắn  Vật liệu rắn gọi chất hấp phụ (adsorbent)  Chất khí bị giữ lại gọi chất bị hấp phụ (adsorbate)  Khi bề mặt hấp phụ bão hòa, chất bị hấp phụ giảihấp (desorption)  Phạm vi áp dụng:  Chất khí nhiễm khơng cháy khó đốt cháy  Chất khí cần khử có giá trị cần thu hồi  Chất khí nhiễm có nồng độ thấp khí thải mà q trình khửkhí khác khơng thể áp dụng Cơ chế hấp phụ giai đoạn:    Gđ 1: Chất ô nhiễm khuếch tán từ pha khí đến bề mặt hạt chất hấp phụ Gđ 2: Phân tử chất nhiễm di chuyển từ diện tích tương đối nhỏ bề mặt (vài m2/g) vào lỗ rỗng bên hạt chất hấp phu, nơi có diện tích bề mặt lớn (hàng trăm m2/g) Gđ 3: Phân tử chất nhiễm bám dính lên bề mặt lỗ rỗng 2.2.3.3 Phân loại hấp phụ Hấp phụ vật lý     Phân tử khí giữ lực hấp dẫn phân tử (van der Waals) Lực hâp phụ yếu Quá trình thuận nghịch (phân tử bị hấp thụ tách mà khơng bị thay đổi tính chất) Có thê ̉hấp phụ đa phân tử Hấp phụ hóa học  hóa học tạo thành với chất hấ bề mặt)     Phân tử khí bị giữ nhờ liên kết ợp chất Lực hấp phụ mạnh Q trình khơng thuận nghịch (phân tử bị hấp thụ tách bị chuyển thành dạng khác) Hấp phụ đơn phân tử Dù hấp phụ vật lý hay hóa học trình tỏa nhiệt Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ         Bản chất chất hấp phu chất bị hấp phụ  Nhiệt độ: nhiệt độ tăng làm giảm trình hấp phụ  Áp suất: áp suất tăng xúc tiến cho trình hấp phụ xảy mạnh  Tốc độ dòng khí thải  Chiều sâu lớp hấp phụ  Độ ẩm khí thải  Các chất nhiễm khác 2.2.3.8 Vật liệu hấp phụ  Các đặc trưng vật li ệu h ấp ph ụ  Bản chất hóa học: phân cực (đa số), khơng phân cực (than hoạt tính)  Diện tích bề mặt riêng (specific surface area): thường lớn, ví dụ đến hàng ngàn m2/g  Kích thước lỗ rỗng (đường kính mao quản): liên quan tính chọn lọc hấp phụ, nên lớn đường kính phân tử bị hấp phụ vài lần tốt  Cỡ hạt: từ 6‐10 mm xuống đến cỡ 200 µm  Các yêu c ầu c vật li ệu h ấp ph ụ      Có khả hấp phụ cao Phạm vi tác dụng rơng (hấp phụ nhiều loại khí khác nhau) Có độ bền học, bền nhiệt Có khả tái sinh dễ dàng Giá thành rẻ  Các vật li ệu h ấp ph ụ x lý khí th ải:     Than hoạt tính (Activated carbon) Silica gel ((SiO2.nH2O)) Rây phân tử (Molecular sieves) (VD: Zeolit) Alumina hoạt tính (Activated alumina) 2.2.3.9 Thiết bị hấp phụ  Nguyên tắc thiết kế: a b c d e f Thời gian tiếp xúc đủ lâu dòng khí tầng hấp phụ hiệu (1-6 s); Đủ dung lượng hấp phụ để thiết bị có tuổi thọ mong muốn; Lực cản đủ nhỏ dòng khí, cho phép vận hành thiết bị đẩy khí; Có phân bố đồng dòng khí lên tầng hấp phụ để đảm bảo sử dụng tối đa chất hấp phụ; Xử lý sơ dòng khơng khí để loại bỏ hạt khơng hấp phụ được, hạt ảnh hưởng đến hoạt động tầng hấp phụ; Dự phòng để hồn ngun lại chất hấp phụ bão hòa 2.2.3.10 Tái sinh vật liệu hấp phụ/ Giải hấp  Các phương pháp  Nhi ệ t: dùng khí nóng giải hấp phân tử khí bị hấp phụ  gia nhiệt chất hấp phụ bão hòa đến nhiệt độ cần thiết cho trình nhờ tiếp xúc trực tiếp với dòng nước, khơng khí nóng hay khí trơ (hay truyền nhiệt gián tiếp)  Với độ chênh lệch nhiệt độ 100 - 200 C đủ giải hấp cho than hoạt tính, silicagel, alumogel, zeolit phải đến 200 - 400 0C  Phương pháp nhiệt nước áp dụng rộng rãi  Áp su ất: t= const, hạ áp suất để giải hấp  Khí trơ: thổi dòng khí trơ qua vật liệu hấp phụ, q trình giải hấp xảy theo nguyên lý cân vật chất CHƯƠNG 3.2 Buồng lắng trọng lực Nguyên tắc  Buồng lắng bụi loại thiết bị thu bụi đưa vào trọng lực lực quán tính để thu giữ bụi  Cho dòng khí thải vào buồng lắng có tiết diện tăng, tốc độ khí giảm đột ngột, hạt bụi tách khỏi dòng khí tác dụng trọng lực  Nguyên tắc tách bụi buồng lắng bụi chủ yếu dựa trên:  Giảm tốc độ hỗn hợp khơng khí bụi cách đột ngột vào buồng Các hại bụi động rơi xuống tác dụng trọng lực  Dùng vách chắn vách ngăn đặt đường chuyển động khơng khí, dòng khơng khí va đập vào chắn hạt bụi bị động rơi xuống đáy buồng  Ngoặt dòng chuyển động buồng 3.2.2 Đặc điểm      PP lọc bụi vận hành đơn giản Chi phí đầu tư lắp đặt, vận hành thấp, hóa chất thiết bị phụ trợ Tổn thất áp lực: < 1,5 cm H2O  Nhiệt độ làm việc: đến 1000 o C Áp dụng: tiền xử lý loại bụi khô từ nghiền xi măng, đá vôi; thiết bị nghiền đá; thiết bị sấy than,… Cỡ hạt xử lý hiệu quả: > 60 µm Tuy nhiên, hạt bui có kích thước nhỏ bị giữ lại buồng lắng  Nhược điểm      Thiết bị cồng kềnh Hiệu suất thu hồi bụi mịn thấp Khó thu hồi bụi có tính dính ướt Vách ngăn buồng lắng bụi dễ bị cong vênh nhiệt độ dòng khí cao Hiệu xử lý thường thấp so với phương pháp khác a Cấu tạo buồng lắng  Buồng lắng khơng gian hình hộp có tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đướng ống dẫn khí vào vận tốc dòng khí giảm xuống nhỏ, nhờ hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy tác dụng trọng lực bị giữ lại mà khơng bị dòng khí mang theo b Các kiểu buồng lắng  Buồng lắng đơn  Buồng lắng kép  Buồng lắng có vách ngăn (Baffle chamber)  Buồng lắng nhiều tầng (Multiple tray settling chamber) Sơ đồ mặt cắt dọc buồng lắng CÁC CÔNG THỨC ĐỂ GIẢI BT THIẾT BỊ TÚI LỌC 3.4.1 Nguyên tắc xử lý     Nguyên tắc: Cho khí thải qua vật liệu lọc sợi, hạt bụi giữ lại Quá trình lọc chia giai đoạn:  giai đoạn ổn định  giai đoạn khơng ổn đinh Q trình giữ bụi lưới lọc khơng giống q trình rây mà phức tạp nhiều Tác dụng lọc bụi liên quan đến chế: o  Sàng (screening) o  Va đập (impaction) (a) o  Chặn (interception) (b) o  Khuếch tán (diffusion) (c) o  Khác: lắng, tĩnh điện,  Đóng góp chế vào hiệu thu gom bụi tùy thuộc vào kích thước hạt tốc độ dòng khí 3.4.2 Đặc điểm           Hiệu suất xử lý bụi: > 99% Cỡ hạt xử lý hiệu quả: > 0,5 µm (Phương pháp loại hạt bụi nhỏ đến hàng 0,01 µm.), Khác với trình rây: thường cỡ hạt 0,1 – 0.5 µm được lọt qua lưới nhiều Tổn thất áp lực: 1,25 – 15 cm H2O Nhiệt độ vận hành tối đa: 260 - 280ºC Diện tích vải lọc: < m2 đến vài trăm m2 Vận tốc lọc: 0.005 – 0.075 m/s Tuổi thọ trung bình túi lọc: 18 tháng - năm Hệ số chiếm chỗ vật liệu α: < 0.1 với sợi đan; ~0.3 với sợi ép Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi học để giữ lại hạt bụi nhỏ mà trình lọc học khơng giữ lại Khi hạt bụi thơ hồn tồn tách lượng bụi giữ túi giảm  Một vài ứng dụng túi lọc nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép máy nghiền ngũ cốc ƯU ĐIỂM      Hiệu xử lý cao Khả lọc bụi nồng độ thấp Cấu tạo đơn giản Có thể sử dụng vật liệu lọc rẻ tiền Có thể ứng dụng xử lý nhiều loại bụi Nhược điểm  Phải có thiết bị rũ bụi tái sinh vải lọc, phải thường xuyên làm  Không thể vận hành môi trường ẩm  Độ bền nhiệt thiết bị thường thấp  Vải lọc nhanh bị hỏng, đặc biệt nhiệt độ cao ăn mòn hóa học  Cần diện tích mặt lớn 3.4.3 Cấu tạo thiết bị Hình Sơ đồ cấu tạo  Thiết bị lọc (baghouse filter) cấu tạo từ túi lọc (fabric bags); gồm từ vài trăm đến nghìn túi lọc  Túi lọc vải, có dạng ống đầu hở đầu khâu kín Để túi bền người ta thường đặt khung cứng lưới kim loại nhựa  Đặc điểm túi lọc - Đường kính: 120 ~ 300 mm (khơng vượt q 600 mm) Chiều dài: 2,200 ~ 3,500 mm Tỷ lệ chiều dài đường kính tay áo: (16 ~ 20):1  Vải lọc phải thỏa mãn điều kiện sau:      Khả chứa bụi cao Giữ khả cho khí xun qua tối ưu Có độ bền học cao điều kiện môi trường nhiệt độ cao ăn mòn Có khả phục hồi cao, sau phục hồi đảm bảo hiệu lọc cao Giá thành thấp THIẾT BỊ TÁCH BỤI TĨNH ĐIỆN 3.5.1 Nguyên tắc xử lý     Khi cho khí thải qua điện trường mạnh, hạt bụi tích điện âm bị tách khỏi dòng khí thải lực hút tĩnh điện Điện sử dụng: 50 ‐ 80 kV (phát hào quang, quầng sáng corona) Quá trình tích điện xảy nhanh Điện lượng mà hạt bụi tích tỷ lệ thuận với bình phương đường kính hạt 3.5.2 Đặc điểm  Hiệu PP lọc bụi điện phụ thuộc vào:   Tính chất bụi: kích thước hạt bụi, điện trở hạt bụi   cường độ điện trường,   thời gian hạt bụi nằm vùng tác dụng điện trường  Điện trở bụi ảnh hưởng đến chế độ làm việc thiết bị lọc bụi điện Về mặt điện trở, bụi cơng nghiệp chia làm nhóm:  Điện trở thấp: ρ e < 102 Ω.m  Điện trở trung bình: ρ e = 102 - 108 Ω.m  Điện trở cao: ρ e > 108 Ω.m  Điện trở bụi ảnh hưởng đến chế độ làm việc thiết bị lọc bụi điện  Cách xử lý: Áp dụng biện pháp “gia công bụi ”  Làm nguội/ làm nóng/ phun ẩm vào dòng khí trước đưa vào lọc để biến bụi có điện trở thấp cao thành mức điện trở trung bình phù hợp với hiệu suất cần đạt lọc  Ngồi nước, sử dụng tác nhân gây ẩm làm giảm điện trở hòa vào nước acid sulfuric, ammoniac, natri clorua, soda,…để phun vào khí trước lọc 3.5.3 Cấu tạo thiết bị a Cấu tạo loại lọc bụi công nghiệp  Cực (-) sợi dây dẫn trần (còn gọi điện cực quầng sáng), cách điện hoàn toàn với phận xung quanh nạp điện chiều với điện cao (>50,000 V);  cực (+) thành thiết bị, nối đất  Có dạng: o Thiết bị dạng ống (tubular ESP) o Thiết bị dạng phẳng (plate ESP)  Cực thu bụi • Cần có độ cứng độ bền cần thiết • Bề mặt phải nhẵn, khơng có mấu nhọn, có tính chất khí động tốt chịu sức rung động giũ bụi  Yêu cầu cực thu bụi:  Để đảm bảo độ cứng cực thu bụi làm việc với khí có nhiệt độ cao, để tránh bụi tung trở lại vào dòng khí giũ bụi  chế tạo nhiều dạng cực thu bụi khác (Vận tốc dòng khí cho phép: 1,5 – m/s):  Bề mặt nhẵn cực thu bụi đảm bảo cường độ mạnh điện trường, dễ chế tạo, dễ giũ bụi, bụi dễ bị tung trở lại vào dòng khí rung giũ bụi  áp dung vận tốc dòng khí ≤1 m/s  Cực ion hóa  Vật liệu: kim loại bền vững môi trường làm việc thép cường độ cao, thép silic, đồng, nhôm,  u cầu: • Có hình dạng xác định để tạo phóng điện corona mạnh dấu • Có độ cứng độ bền học cao để đảm bảo lâu bền điều kiện rung động tác dụng lực điện trường, lực va đập cấu giũ bụi, nhiệt độ cao dòng khí 3.6 Thiết bị rửa ướt (Wet scrubber) 3.6.1 Nguyên tắc hoạt động     Cho dòng khí mang bụi tiếp xúc với chất lỏng  bụi dòng khí bị chất lỏng giữ lại thải dạng cặn bùn Cơ chế thu gom bụi chủ yếu va chạm hạt giọt chất lỏng Nếu loại bụi  dùng H2O, Nếu kết hợp loại khí  dung dung dịch hóa chất 3.6.2 Đặc điểm  Nhiều ưu điểm bật:  Dễ chế tạo, giá thành thấp hiệu lọc bụi cao  Có thể lọc bụi kích thước < 0,1 µm (VD: thiết bị lọc Venturi)  Có thể làm việc với khí có nhiệt độ độ ẩm cao mà số thiết bị lọc bụi khác đáp ứng lọc túi vải, lọc điện  Không lọc bụi mà lọc khí thải độc hại q trình hấp thụ  Có thể sử dụng thiết bị làm nguội làm ẩm khí Nhược điểm:  Bụi thải dạng cặn bùn  làm phức tạp hệ thống thoát nước xử lý nước thải  Dòng khí từ thiết bị lọc có độ ẩm cao mang theo giọt nước làm han rỉ đường ống, ống khói, phận khác phía sau thiết bị lọc  Trường hợp khí thải có chứa chất ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị hệ thống đường ống sơn chống rỉ phải chế tạo thiết bị đường ống vật liệu không han rỉ CHƯƠNG (1) Hấp thụ nước  Đơn giản, áp dụng sớm phương pháp loại SO2, từ khói loại lò cơng nghiệp  Độ hòa tan SO2 nước có ý nghĩa quan trọng (giảm nhiệt độ tăng)  Chú ý nhiệt độ nước cấp vào hệ thống  Nhiệt độ để thu hồi SO2  Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 nước có giai đoạn: (1) Hấp thụ khí SO2 nước với thiết bị:  Tháp phun ngược dòng hay  Tháp hấp thụ có lớp vật liệu rỗng tưới ướt (2) Hoàn nguyên SO2:  giải thoát SO2 khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nước sach  Phương pháp: Dùng nhiệt, nâng nhiệt độ dung dịch sau tháp hấp thụ lên đến 100oC, SO2 bốc hoàn toàn; ngưng tụ SO2 ta co thể thu khí SO2 ~100%  Nhược điểm PP:  Để giải hấp  cần đun nóng lượng nước lớn  phải có nguồn cấp nhiệt công suất lớn  Nước tái sử dụng phải làm nguội xuống 10oC  cần nguồn cấp lạnh  Tốn  Thường áp dụng:  Khi nồng độ SO2 khí thải cao  Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ  Có sẵn nguồn nước lạnh (3) Hấp thụ đá vôi (CaCO3) vôi nung (CaO)  Các phản ứng xảy ra: CaO + SO2 + H2O → CaSO3.2H2O↓ CaCO3 + SO2 + H2O → CaSO3.2H2O↓ + CO2 CaSO3.2 H2O + ½ O2 → CaSO4.2H2O↓  Được áp dụng rộng rãi công nghiệp do:  Hiệu xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có  Có thể loại đến 95 - 98% SO2 Bùn thải (chứa CaSO3, CaSO4, CaCO3 dư) sử dụng vào mục đích làm vật liệu xây dựng  Hiệu hấp thụ SO2 phụ thuộc vào:  Vận tốc khí  Độ pH dung dịch sữa vôi tưới lớp đệm ... Phạm vi áp dụng: Khí thải có nồng độ khí độc hại tương đối lớn (>1% v/v) Đối tượng xử lý: SO2, H2S, HCl, Cl2, NH3  Để cải thiện hiệu hấp thụ cần:  Cung cấp bề mặt tiếp xúc lớn pha khí lỏng  Cung... hai pha (rắn - khí, rắn -lỏng, lỏng - khí) Trong XLKT, Hấp phụ: hay số chất khí nhiễm khí thải bị giữ lại bề mặt vật liệu rắn  Vật liệu rắn gọi chất hấp phụ (adsorbent)  Chất khí bị giữ lại... (desorption)  Phạm vi áp dụng:  Chất khí nhiễm khơng cháy khó đốt cháy  Chất khí cần khử có giá trị cần thu hồi  Chất khí nhiễm có nồng độ thấp khí thải mà q trình kh khí khác khơng thể áp dụng Cơ