a - Phương pháp hấp thụ các chất khí vào chất lỏng
Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm cần loại được dẫn đến tiếp xúc với chất lỏng hòa tan được chất ô nhiễm. Quá trình này gồm ba giai đoạn :
- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm qua chất khí tới bề mặt chất lỏng hấp thụ. - Hòa tan chất ô nhiễm vào chất lỏng tại bề mặt phân chia.
- Khuếch tán chất ô nhiễm đã hòa tan từ bề mặt phân chia vào trong chất lỏng. Trường hợp này pha lỏng và pha khí không trộn lẫn vào nhau. Ví dụ SO2 được loại khỏi không khí bằng cách hấp thụ trong một amin lỏng có áp suất hơi thấp, do đó amin không bay hơi vào pha khí khi quá trình thực hiện ở áp suất khí quyển và không khí cũng không hòa tan vào amin. Như thế SO2 được vận chuyển giữa các pha và cuối cùng bị hòa tan trong amin.
Sự hấp thụ khí được thực hiện trong một cột hay tháp, ở đó khí cần làm sạch đi vào ở phía đáy chuyển động ngược với dòng chất lỏng sạch đi vào ở phía đỉnh. Cột được chứa đầy chất rắn trơ (hạt gốm chẳng hạn) để tạo điều kiện cho chất khí và chất lỏng tiếp xúc nhau tốt hơn.
Chất lỏng vào
Khí ra
Các hạt rắn trơ
Khí vào Chất lỏng ra
b - Phương pháp hấp thụ các chất khí lên chất rắn
Khi một phân tử khí được hấp thụ lên một mặt chất rắn, nó được giữ lại do lực vật lý hoặc lực hóa học. Những chất rắn dễ hấp thụ là những chất có độ xốp lớn (tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn) như than hoạt tính, ôxyt nhôm, silicagel. Tương tự như sự hấp thụ khí trong chất lỏng, quá trình hấp thụ khí lên chất rắn cũng diễn ra theo ba giai đoạn :
- Các phân tử khí khuếch tán từ không khí đến bề mặt chất rắn. - Các phân tử khí khuếch tán vào các lỗ rỗng của chất rắn. - Phân tử khí thật sự hấp thụ lên bề mặt chất rắn.
Các chất hấp thụ có thể chia làm ba nhóm :
- Các chất rắn không phân cực, sự hấp thụ chủ yếu mang tính vật lý.
- Các chất rắn phân cực, sự hấp thụ mang tính hóa học nhưng không làm thay đổi cấu trúc hóa học của các phân tử hay bề mặt.
- Các bề mặt hấp thụ hóa học, hấp thụ các phân tử và giải phóng chúng sau khi đã xảy ra phản ứng. Phản ứng này có thể diễn ra nhờ xúc tác và để lại bề mặt không có thay đổi gì, hoặc phản ứng diễn ra không cần xúc tác nhưng cần sự thay thế các nguyên tử bề mặt.
Chất rắn hấp thụ không phân cực quan trọng nhất là cabon, nó liên kết rất hiệu quả các phân tử không phân cực như CnHm. Cacbon hoạt tính (than củi) được sử dụng rộng rãi để loại CnHm, các loại mùi và các tạp chất vết ra khỏi luồng khí thải. Chất hấp thụ phân cực thường dùng là SiO2, Al2O3 và các ôxyt của một số kim loại khác. Những chất này hấp thụ cả phân tử phân cực lẫn phân tử không phân cực, song chúng hấp thụ các phân tử phân cực mạnh hơn. Do vậy chúng được sử dụng để hấp thụ các phân tử phân cực như : H2O, NH3, H2S, SO2 …
Các chất hấp phụ có phản ứng hóa học với các phân tử chất độc hại trong không khí rất đa dạng.
c - Phương pháp biến đổi hóa học các chất ô nhiễm
* Hai loại khí độc hại chủ yếu cần loại khỏi khí thải là SO2 và NOx : + Loại SO2 ra khỏi khí thải :
Lượng SO2 thải ra nhiều nhất ở các nhà máy nhiệt điện và từ các quá trình đúc kim loại.
Khí thải từ ống khói nhà máy nhiệt điện thường chứa SO2 với nồng độ thấp (< 0,5% theo thể tích) nhưng lưu lượng xả rất lớn, ví dụ một nhà máy nhiệt điện dùng than chứa 2% khối lượng lưu huỳnh làm nhiên liệu sẽ tạo ra 40 tấn SO2 khi đốt 1000 tấn than.
Khí thải từ các quá trình đúc kim loại có lưu lượng thấp nhưng nồng độ SO2 lại khá cao.
Như vậy việc xử lý khí thải trong ống khói để loại SO2 là vấn đề cần quan tâm trong công nghiệp. Quá trình loại SO2 được phân thành 5 loại :
- Kiềm tái sinh : Chất kiềm phản ứng hóa học với SO2 trong ống khói, sau đó tách tái sinh kiềm được tạo lại và S được thu hồi (thường dưới dạng SO2 lỏng hay H2SO4). Các tác nhân mang tính kiềm thường dùng là MgO , Na2SO3 , cacbon kim loại, MnO2 . Phản ứng (ví dụ ) diễn ra như sau :
SO2 (loãng) + H2O + Na2SO3 NaHSO3 Tái sinh : 2 NaHSO3 SO2 (đặc) + H2O + Na2SO3
- Kiềm không tái sinh : chất có tính kiềm phản ứng hóa học với SO2 trong ống khói, sản phẩm tạo thành được hủy bỏ. Khi này người ta dùng chất có tính kiềm rẻ tiền như : đá vôi, vôi, đôlômit, cacbon rắn thải ra từ quá trình sản xuất axetylen. Ví dụ :
- Lò phun : chất cho thêm được phun trực tiếp vào lò và sản phẩm sunfat hóa được tách khỏi khí thải cùng với nước và được loại bỏ.
- Sự xúc tác : Dùng chất xúc tác để đẩy quá trình ôxy hóa SO2 thành SO3 và cuối cùng thu hồi được axit sunfuarit.
Nhiệt độ
Ví dụ : SO2 + không khí SO3 V2O5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SO3 + H2O H2SO4
- Hấp thụ chất rắn tái sinh : Dùng than hoạt tính hấp thụ SO2 , sau đó việc khử hấp thụ tạo thành H2SO4 :
không khí, nước SO2 H2SO4 Than hoạt tính
+ Loại NOx ra khỏi khí thải :
Kỹ thuật làm sạch NOx trong dòng khí thải hiện nay chưa được hoàn thiện vì việc loại NOx khó khăn hơn so với SO2. Do NO - một ôxyt Nitơ chủ yếu trong ống khói tương đối bền và không hoạt động; mặt khác khí ống khói thường chứa H2O , CO2 và SO2 hoạt động hơn NO và nồng độ lại lớn hơn nên ngăn trở việc loại NO . Việc nghiên cứu kỹ thuật loại NOx trong khí thải ống khói là vấn đề quan trọng trong công nghiệp. Ví dụ : Khử NO thành N2 :
2NO + 2CO N2 + 2CO2 xúc tác
2NO + 2H2 N2 + H2O xúc tác d - Các phương pháp lọc bụi
+ Phương pháp cơ học : Hạt bụi chuyển động trong không khí với khối lượng và vận tốc nào đó, bằng cách thay đổi vận tốc và hướng chuyển động của dòng khí, theo định luật quán tính ta sẽ tách được bụi ra khỏi hỗn hợp khí.
Theo nguyên lý này, người ta chế tạo các buồng lắng bụi, buồng lọc bụi, các thiết bị lọc bụi kiểu quán tính, kiểu li tâm lọc khô hoặc ướt.
Các lưới lọc bụi có thể đặt cố định hoặc quay được.
Các thiết bị lọc vải thường chế tạo dạng từng ống đơn hoặc chùm ống.
Không khí có bụi đi qua các vật liệu lọc bụi sẽ được giữ lại, còn không khí sạch đi qua và thoát ra ngoài.
- Buồng sa lắng : Tách các chất dạng hạt bằng cách làm giảm vận tốc của luồng khí để các hạt rắn tách ra khỏi dòng rắn tách ra khỏi dòng khí. buồng sa lắng là dụng cụ đơn giản và rẻ tiền, được sử dụng làm sạch sơ cấp để tách ra các hạt bụi lớn kết hợp với các dụng cụ xử lý không khí ô nhiễm khác. Buồng sa lắng đặc biệt có hiệu quả đối với các hạt có kích thước trong phạm vi 100µm. Dòng không khí bẩn đi vào buồng, vận tốc giảm đủ để cho phép các hạt bụi lớn bị tách ra do trọng lực.
Không khí bẩn không khí sạch
Các hạt bụi
- Buồng khí xoáy tụ : Không khí bẩn đi vào buồng do cấu tạo của buồng sẽ chuyển động xoáy tròn, các hạt bụi lơ lửng trong dòng khí bị tác dụng của lực ly tâm sẽ chuyển động dần ra sát thành buồng, rơi xuống phía dưới và được gom lại. Buồng xoáy tụ có hiệu quả đối với kích thước bụi trong khoảng 40µm (95% lượng bụi được tách ra). Buồng xoáy tụ có giá thành rẻ, chi phí hoạt động thấp. Buồng xoáy tụ có nhiều loại : khô, ướt (phối hợp phun nước), đơn dòng và đa dòng.
Không khí sạch ra
Không khí bẩn vào
Hạt bụi bẩn
- Bộ lọc túi : hoạt động nguyên lý giống với máy hút bụi gia đình, không khí được bơm qua vải lọc, các hạt bụi sẽ bị vải lọc giữ lại trên các túi lọc vải thành các lớp xốp. Các túi lọc vải đạt hiệu suất gần 100% đối với các hạt bụi nhỏ đến 1µm, thậm chí các hạt bụi nhỏ đến 0,01µm cũng bị giữ lại.
không khí sạch
Không khí bẩn
- Bộ lọc khí ướt : thường dùng là cho luồng khí bẩn từ dưới lên ngược chiều các tia nước phun từ trên xuống. Các hạt bụi bẩn trong luồng khí sẽ bị cuốn theo các tia nước xuống dưới. Bộ lọc khí ướt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, hiệu suất trung bình của chúng đạt khoảng 96% đối với kích thước các hạt trong khoảng 2-3µm. Có nhiều dạng lọc ướt khác nhau.
Không khí sạch
Không khí bẩn
Bụi và nước
+ Phương pháp tĩnh điện : đây là phương pháp cho hiệu quả lọc cao, hiệu suất đạt 98-99%.
Không khí sạch Bộ góp điện cao thế Không khí bẩn Lấy bụi bẩn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị chủ yếu gồm 2 cực dương và âm. Ống ngoài là cực dương, dây dẫn điện ở lõi là cực âm. Bụi trong không khí là những hạt mang điện, dưới tác dụng của điện trường các hạt điện mang bụi bị phân li : các hạt bụi mang điện tích âm tiến đến gần vách ống sẽ va chạm nhau và rơi xuống dưới tách khỏi dòng không khí chuyển động lên phía trên.
Bộ góp điện tạo điện thế cao áp một chiều (40.000-100.000vôn) do các thiết bị chuyên dụng, biến áp và chỉnh lưu cao áp tạo ra.
Hiệu suất lọc bằng phương pháp tĩnh điện cao chi phí vận hành thấp nhưng giá thành lắp đặt cao nên thường áp dụng cho việc thu hồi các kim loại quý hoặc trường hợp có yêu cầu cao về lọc bụi.