3.3.2.1. Tác động tới môi trường không khí do khí độc và bụi
a) Bụi từ công đoạn chuẩn bị nguyên liệu, nhiên liệu - Công đoạn đập quặng và nghiền các chất trợ dung:
Quặng được làm nhỏ đến kích thước <10mm bằng máy đập búa; các chất trợ dung là đá vôi và đôlômit được nghiền nhỏ đến kích thước <5mm.
Tỉ lệ bụi phát sinh ở khâu đập quặng và nghiền chất trợ dung thứ tự là 0,5 kg/tấn quặng và 1,0 kg/tấn nguyên liệu [7]. Lượng bụi từ chế biến quặng trong ngày (12h làm việc) được tính như sau:
m1= 1.232,9 (tấn/ngày) x 0,5 (kg/tấn)= 616,45 (kg/ngày) = 51,4 kg/h
Thành phần của bụi chủ yếu là các oxit sắt và các kim loại đi kèm với quặng sắt, SiO2, v.v...
Lượng bụi phát sinh do nghiền chất trợ dung là:
m2 = 240 (tấn/ngày) x 1,0 (kg/tấn) = 240 (kg/ngày) = 20,0 kg/h
Thành phần của bụi chủ yếu là bột đá, bột đôlômit, kích thước trung bình 5- 10µm, khả năng phát tán lớn.
Hàm lượng bụi phát tán trong vòng bán kính 2 m xung quanh máy đập thường đạt từ 1,0 đến > 5,0mg/m3. Nồng độ bụi ở khu vực này được tính bằng công thức:
C2= (m2+m2)*103/Q = (51,4+20,0)*103/12.000= 5,95 g/m3.
Trên dây chuyền công nghệ, tại các vị trí phát sinh bụi của máy đập quặng và máy nghiền đá có các quạt hút và chụp hút bụi, dẫn về thiết bị xử lý lọc túi vải.
Lưu lượng quạt hút: Q= 24.000m3/h; công suất xử lý của bộ lọc túi vải là 12.000 m3/h, hiệu suất đạt 99%. Nồng độ bụi sau xử lý là 60 mg/m3, thấp hơn tiêu chuẩn khí thải công nghiệp (TCVN 5939:2005). Lượng bụi thu được sẽ được thu gom để trộn vào quặng trong máy vê viên.
- Công đoạn đập than cốc:
Than cốc thô được đập nhỏ đến kích thước < 30 mm, tỉ lệ phát sinh bụi là 0,5 kg/tấn [7]. Lượng bụi phát sinh được tính như sau:
m3 = 0,5 kg/tấn x 441,4 tấn/ngày = 220 kg/ngày = 18,4 kg/h.
Tại các vị trí phát sinh bụi có các chụp hút khí dẫn về thiết bị lọc túi vải công suất 8.000 m3/h, hiệu suất 99%. Nồng độ bụi trước khi xử lý khoảng 2,30 g/m3, nồng
độ sau xử lý khoảng 22 mg/m3, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải công nghiệp.
Hình: 3.2: Một số chụp hút điển hình của hệ thống xử lý bụi khu vực chế biến quặng, chất trợ dung và than cốc
b) Ô nhiễm bụi và khói thải phát sinh từ máy thiêu kết quặng Băng tải chuyển
Băng tải nhận Chụp hút bụi Chụp hút bụi Máng trút Băng tải nhận Đai cau su Chụp hút bụi, khớp nối mềm
Băng tải nhận, SP quá cỡ Máng trút
Máy sàng tuyển
Quá trình thiêu kết quặng có sử dụng chất trợ dung là CaCO3 và MgCO3, trong quá trình cháy, 85% lượng SO2 sinh ra từ than và khí lò cao được xử lý ngay trong khối phối liệu tạo thành CaSO4 và MgSO4 bền nhiệt.
Tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm từ máy thiêu kết được trình bày trong bảng 3.7 (phần phương pháp và công thức tính [7] trình bày trong phụ lục 4).
Bảng 3.7: Tải lượng và nồng độ các các chất khí trong khói thải máy thiêu kết [7]
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Giá trị
TCVN 5939:2005 C=C.Kp.Kv
1 Lượng khói ở điều kiện chuẩn Nm3/h Lc 30,1 2 Lượng khói ở điều kiện thực
tế, T khói =1500C m
3/h Lt 46,7
3 Tải lượng khí SO2 g/s m(SO2) 4,9
4 Tải lượng khí CO g/s m(CO) 21,6
5 Tải lượng khí CO2 g/s m(CO2) 10.157,4
6 Tải lượng khí NOx g/s m(NOx) 18,13
7 Tải lượng khí bụi g/s m(bụi) 142,7
8 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm 8.1 Khí SO2 mg/Nm3 C(SO2) 162,8 560 8.2 Khí CO mg/Nm3 C(CO) 716,5 1.120 8.3 Khí CO2 mg/Nm3 C(CO2) 337.196,0 8.4 Khí NO2 mg/Nm3 C(NO2) 601,7 952 8.5 Bụi mg/Nm3 C(bụi) 4.737,0 224 Ghi chú:
Nm3 là m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Áp dụng giới hạn B, (với nhà máy xây dựng mới) Kp = 0,8 (Qthải > 100.000 m3/h)
Kv = 1,4 (Vùng nông thôn miền núi)
Từ bảng 3.7 cho thấy nồng độ các khí SO2, NO2, CO phát sinh từ lò thiêu kết quặng đều nằm dưới tiêu chuẩn cho phép đối với khói thải công nghiệp. Riêng nồng độ bụi vượt tiêu chuẩn cho phép 21,14 lần.
Do đặc thù của công nghệ là sử dụng lại khí lò, nên trên dây chuyền công nghệ đã trang bị hệ thống xử lý bụi bằng buồng lắng trọng lực và xiclon chùm. Hiệu suất xử lý của buồng lắng trọng lực H1 = 60 %, của thiết bị xiclon chùm là H2 = 90% (theo tài liệu dự án cung cấp).
Csau = (1-H1) * (1-H2) * Ctrước = (1-0,60)*(1-0,90)* 4.736,4 = 189,46 mg/Nm3 msau = (1-H1) * (1-H2) * Ctrước = (1-0,60)*(1-0,90)*142,7 = 5,7 g/s
Như vậy, nồng độ bụi đảm bảo đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi xả thải ra môi trường, đồng thời nhiệt độ của khói tại miệng ống khói giảm còn 800C.
a)
b)
Hình 3.3: Sơ đồ khối (a) và sơ đồ nguyên lý (b)hệ hống thiết bị xử lý bụi từ khói thải của máy thiêu kết
Tải lượng và nồng độ của các chất ô nhiễm sau xử lý được nêu trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Tải lượng và nồng độ các các chất ô nhiễm trong khói thải máy thiêu kết sau hệ thống xử lý
Stt Các chất ô nhiễm Tải lượng
(g/s) Nồng độ (mg/Nm3) TCVN 5939:2005 C=C.Kp.Kv 1 Khí SO2 4,9 162,8 560 2 Khí CO 21,6 716,4 1.120 3 Khí CO2 10.157,4 337.153,6 4 Khí NO2 18,13 601,7 952 5 Bụi 5,7 189,46 224
Sự phát thải của khói thải được đánh giá bằng mô hình khuếch tán Gauss [6], như sau: Trong đó: C: Nồng độ chất ô nhiễm, mg/Nm3 2 2 . 2 exp . . . . y z z H u m C δ δ δ π − =
Khí thải máy thiêu kết Buồng lắng Xiclon chùm Ống khói
Buồng lắng Xiclon chùm 4
Khói từ máy
m: Tải lượng chất ô nhiễm, g/Nm3
H: Chiều cao hiệu quả của ống khói, H = htt+ ∆h, m
h: Chiều cao thực của ống khói, ∆h là độ nâng ống khói, m u: Tốc độ gió khí quyển, ở độ cao 10m so với mặt đất, m/s
δy, δz: Hệ số khuếch tán theo phương ngang y, phương đứng z, (m)
Thông số nguồn thải của mỗi ống khói (tính toán cho mô hình khuếch tán chất ô nhiễm) được nêu cho trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Các thông số tính toán cho phát thải chất ô nhiễm từ ống khói máy thiêu kết
Thông số hiệuKí Đơnvị Cấp ổn định của khí quyển
A B C D E F
I. Các thông số về khí tượng
1. Vận tốc gió ở độ cao 10m
so với mặt đất Uo m/s 2 3 5 6 3 2
2. Nhiệt độ của không khí Tkk oC 37 35 32 30 25 25
3. Hệ số phụ thuộc vào địa
hình (gồ ghề) p 0,15 0,15 0,2 0,25 0,4 0,6
II. Đặc điểm của nguồn thải
1. Lưu lượng khói ở điều kiện
chuẩn Vspc m3/h 54.228
2. Nhiệt độ khói tại miệng ống
khói Ts oC 150
3. Lưu lượng khói thực với
công thức, t=1500C V (t) m3/h 84.024
4. Vận tốc phụt khói Vs m3/s 4,76
III. Thông số thiết kế ống khói
1. Chiều cao ống khói thực tế htk m 40
2. Đường kính miệng ống khói D m 2,5
3. Độ nâng cao của vệt khói ∆h m 93,21 62,80 35,62 27,91 51,90 53,99 4. Chiều cao hiệu quả của ống
khói H m 135,21 104,80 77,62 69,91 93,90 95,99
5. Vận tốc gió ở độ cao ống
khói Us m/s 2,5 3,7 6,7 8,6 5,3 4,7
6. Thông số nâng cao của ống
khói F m
4/s3
19,48 19,82 20,34 20,69 21,55 21,55
Cấp A: Rất không ổn định, Cấp B: Không ổn định điển hình, Cấp C: Không ổn định nhẹ, Cấp D: Trung tính, Cấp E: Ổn định nhẹ, Cấp F: Ổn định
Dự báo khu vực chịu ảnh hưởng ô nhiễm ứng với các cấp ổn định của khí quyển, theo khoảng cách từ chân ống khói được thể hiện ở bảng 3.10 và hình 3.2.
Bảng 3.10: Kết quả tính toán nồng độ phát tán các chất ô nhiễm trong khói thải máy thiêu kết theo các cấp ổn định của khí quyển
Thống số Đơn vị Cấp ổn định của khí quyển
Cấp A Cấp B Cấp C Cấp D Cấp E Khoảng cách Xmax km 0,5 0,7 0,9 1,6 2,0 Nồng độ SO2 mg/m3 0,024 0,018 0,017 0,012 0,002 Nồng độ CO mg/m3 0,108 0,081 0,074 0,052 0,010 Nồng độ NO2 mg/m3 0,090 0,068 0,062 0,043 0,008 Nồng độ bụi mg/m3 0,028 0,021 0,020 0,014 0,003
Hình 3.4: Biểu đồ khuếch tán khí SO2 trong khói thải từ 1 ống khói của máy thiêu kết ở các cấp độ ổn định của khí quyển
Các khí CO, NO2 và bụi đều có dạng khuếch tán tương tự như khí SO2.
từ chân ống khói được dự báo như sau:
- Khí quyển không ổn định (ứng với cấp A, B, C), cách từ 500 – 700m . - Khí quyển ổn định (ứng với cấp D và E), cách từ 0,9– 2,0 km.
Các chất ô nhiễm khác cũng có cùng dạng khuếch tán.
Tuy nhiên, sau xử lý, nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường không khí đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép.
c) Bụi phát sinh từ khâu chế biến quặng sau thiêu kết
Quặng sau thiêu kết được vận chuyển và làm nguội trực tiếp bằng nước trên băng tải, sau đó được đưa vào máy nghiền sàng đến kích thước từ 10 – 50 mm. Sản lượng quặng thiêu kết được chế biến là 1.350,57 tấn/ ngày,
Bụi phát sinh từ công đoạn này chủ yếu là oxit sắt, có kích thước từ 10 – 100 µm và tải lượng là 5 kg/tấn thành phẩm [7]. Lượng bụi phát sinh được tính theo thời gian làm việc của xưởng chế biến quặng là 12h/ngày như sau:
mbụi = 5 x 1.350,57 /12 = 562,7 kg/h
Bụi được thu bằng quạt hút công suất 24.000m3/h và dẫn vào hệ thống lọc bụi túi vải (H3), có hiệu suất xử lý đạt 99,7%.
msau = (1-0,997) x mtrước = 0,003 x 562,7 = 1,69 kg/h Cbụi = msau / V = 1,69 x106/24.000 = 70,4 mg/m3
Nồng độ bụi sau xử lý thấp hơn 224 mg/m3, đạt tiêu chuẩn xả thải đối với khí thải công nghiệp.
d) Bụi phát sinh trong công đoạn phối liệu và nạp liệu lò cao
Quá trình phối trộn và vận chuyển phối liệu đến cổ lò cao bằng băng tải được thực hiện trong thiết bị kín nên sẽ hạn chế tối đa lượng bụi phát tán ra xung quanh.
Tải lượng bụi phát sinh theo tỷ lệ 0,35 kg/tấn [7], tương đương 26kg/h.
Các vị trí nạp liệu vào thiết bị phối trộn và miệng lò cao có các chụp hút cục bộ để hút bụi dẫn vào thiết bị lọc túi vải, hiệu suất xử lý đạt 99%, công suất 10.500 m3/h. Nồng độ bụi trước xử lý khoảng 2.480 mg/m3, nồng độ sau xử lý khoảng 25 mg/m3, đảm bảo tiêu chuẩn thải ra môi trường.
e) Bụi và khói thải lò cao
Kết quả tính toán tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm từ 2 lò cao được nêu trong bảng 3.11. (Phương pháp và công thức tính [7] được trình bày trong phụ lục 4)
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Giá trị
TCVN 5939:2005 C=C.Kp.Kv
1
Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy
Nm3/s Lkkt 41.471
2 Lượng khói (SPC) ở điều
kiện chuẩn Nm
3/h Lc 63.978
3 Lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế T =250 0C m
3/h Lt 122.567
4 Tải lượng khí SO2 với pSO2 =
2,926 kg/m3 g/s M(SO2) 31,81
5 Tải lượng khí CO với pCO =
1,25 kg/m3 g/s M(CO) 6.797,81
6 Tải lượng khí CO2 với pCO2 =
1,977 kg/m3 g/s M(CO2) 4.047,00
7 Tải lượng khí NO2, pNO2 =
2,054 g/s M(NOx) 15,37515
8 Tải lượng bụi g/s M(bụi) 404,86
9 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm 9.1 Khí SO2 mg/Nm3 C(SO2) 1.790,04 560 9.2 Khí CO mg/Nm3 C(CO) 382.505,09 1.120 9.3 Khí CO2 mg/Nm3 C(CO2) 227.720,40 9.4 Khí NO2 mg/Nm3 C(NO2) 865,14 952 9.5 Bụi mg/Nm3 C(bụi) 22.781,09 224 Ghi chú:
Nm3 là m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Áp dụng giới hạn B, (với nhà máy xây dựng mới) Kp = 0,8 (Qthải > 100.000 m3/h)
Kv = 1,4 (Vùng nông thôn miền núi)
Lưu lượng khói thoát ra từ 2 lò cao là 63.978 Nm3/h (mỗi lò là 31.989 Nm3/h). Tại mỗi lò cao đều có hệ thống xử lý bụi đa cấp để thu hồi khí than cấp cho lò gió nóng. Hệ thống xử lý gồm có 1 buồng lắng trọng lực, 2 xiclon chùm và 2 thiết bị lọc bụi túi vải. Công suất xử lý của mỗi hệ thống trung bình là 45.000 m3/h, tối đa là 63.000 m3/h.
Hiệu suất của các thiết bị như sau:
- Xiclon chùm: 93 % (xử lý bụi có kích thước từ 10 đến 40 µm) - Thiết bị lọc túi vải: 97% (xử lý bụi có kích thước < 10 µm) Tải lượng M và nồng độ C của bụi trong khói sau xử lý: Mbụi sau xl = (1-0,60) * (1-0,93) * (1-0,97) * mbụi trước xl = 0,34 g/s
Cbụi sau xl = (1-0,60) * (1-0,93) * (1-0,97) * Cbụi trước xl = 19,136 mg/Nm3
Lượng bụi từ hệ thống thu hồi là 1,24 tấn/h, có thành phần chủ yếu là oxit sắt và một số loại oxit kim loại khác có thể bán làm phụ gia cho các nhà máy xi măng.
a)
b)
Hình 3.5: Sơ đồ khối (a) và sơ đồ nguyên lý (b) hệ thống xử lý bụi từ khói lò cao
Khói lò cao (chủ yếu là CO) sau khi được làm sạch bụi có nhiệt trị khoảng 1.000 kcal/m3, được sử dụng làm nhiên liệu cho cho 2 giàn máy thiêu kết, lò gió nóng, máy phát điện 3.000 kw và của nhà máy.
- Lượng khí than dùng cho máy thiêu kết là 26.198 Nm3/h, - Lượng khí than dùng cho lò gió nóng là 26.198 Nm3/h, - Lượng khí than dùng cho máy phát điện là 11.582 Nm3/h.
Việc tính toán tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm [7] được nêu trong phụ lục 4. Kết quả nêu trong bảng 3.12.
Khói lò cao Buồng lắng Xiclon chùm Lọc túi vải Sửu dụng
cấp nhiên liệu Sử dụng cấp nhiên liệu Buồng lắng Xiclon chùm Khói lò cao Lọc túi vải Bụi
Bảng 3.12: Tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm sau lò gió nóng và máy phát điện [7]
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Giá trị
TCVN 5939:2005 C=C.Kp.Kv
1 Lượng không khí khô lýthuyết cần cho quá trình cháy Nm3/s Lkkt 30.694,21 2 Lượng khói (SPC) ở điềukiện chuẩn Nm3/s Lc 66.042,05 3 Lượng khói (SPC) ở điềukiện thực tế T = 3200C m3/s Lt 143.453,99 4 Tải lượng khí SO2 với pSO2= 2,926 kg/m3 g/s M(SO2) 18,79 5 Tải lượng khí CO với pCO =
1,25 kg/m3 g/s M(CO) 8,03
6 Tải lượng khí CO2 với pCO2= 1,977 kg/m3 g/s M(CO2) 8.808,53 7 Tải lượng khí NO2, pNO2 =2,054 g/s M(NOx) 11,92
8 Tải lượng khí bụi g/s M(bụi) 0,17
9 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm 9.1 Khí SO2 mg/Nm3 C(SO2) 1.024,0 560 9.2 Khí CO mg/Nm3 C(CO) 437,6 1.120 9.3 Khí CO2 mg/Nm3 C(CO2) 480.159,4 9.4 Khí NO2 mg/Nm3 C(NO2) 650,0 952 9.5 Bụi mg/Nm3 C(bụi) 10,95 224 Ghi chú:
Nm3 là m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Áp dụng giới hạn B, (với nhà máy xây dựng mới) Kp = 0,8 (Qthải > 100.000 m3/h)
Kv = 1,4 (Vùng nông thôn miền núi)
Nồng độ bụi, CO và NO2 của khí thải từ lò gió nóng đều nằm trong giới hạn cho phép, riêng khí SO2 vượt giới hạn gần 2 lần. Biện pháp xử lý để giảm thiểu tác động của nguồn thải này sẽ được trình bày cụ thể trong chương 4. Hệ thống xử lý khí SO2 được thiết kế theo nguyên lý rửa khí bằng dung dịch kiềm, hiệu suất xử lý > 90%, đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả thải.
Sau xử lý, khói thải của lò gió nóng được thải trực tiếp qua ống khói lò cao, ác thông số của nguồn thải được nêu cho trong bảng 3.13; tính toán cho khu vực chịu ảnh hưởng ô nhiễm ứng với các cấp ổn định của khí quyển theo khoảng cách từ chân ống
khói được thể hiện ở bảng 3.14 và hình 3.3.
Bảng 3.13: Các thông số tính toán trong mô hình khuếch tán ô nhiễm từ ống khói lò cao [6]
I. Các thông số về khí tượng Cấp ổn định khí quyển
Thông số Kí hiệu Đơn vị A B C D E F
1. Vận tốc gió ở độ cao
10m so với mặt đất Uo m/s 2 3 5 6 3 2