Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG *** TÀI LIỆU GIẢNG DẠY KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2006 MỤC LỤC Chương Kiểm soát ô nhiễm không khí .1 Tài liệu tham khảo 54 MUÏC LUÏC .1 CÁC BẢNG Các hình 2 CHƯƠNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 2.4.1 2.4.2 Chiến lược kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí – hiệu dài hạn giảm thiểu chất thải Giảm thiểu ô nhiễm nguồn Quá trình cháy vấn đề môi trường Phát tán ô nhiễm không khí 13 Các yếu tố ảnh hưởng đến khuếch tán ô nhiễm môi trường không khí 13 Phân loại nguồn ô nhiễm lớp khí gần mặt ñaát 15 Các mô hình phát tán ô nhiễm không khí 17 Các phương pháp xử lí khí thải 27 Các phương pháp xử lý bụi 30 Các thiết bị xử lý khí, 48 Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương CÁC BẢNG Bảng Bảng Bảng Phân cấp ổn định khí theo Turner 25 Các hệ số a, c, d, f công thức Martin 25 Bảng tính hệ số phát tán theo công thức Martin 26 CÁC HÌNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Hình 17 Hình 18 Hình 19 Hình 20 Hình 21 Hình 22 Hình 23 Hình 24 Hình 25 Hình 26 Hình 27 Hình 28 Hình 29 Hình 30 Hình 31 Ghi nghiêng 11 Lò đốt tầng soâi 11 Hệ thống đốt thuøng quay 12 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát tán ô nhiễm không khí 14 Phân loại phương pháp thiết bị xử lí khí thải 28 Buồng lắng buïi 30 Buồng lắng bụi quán tính 31 Thiết bị lắng bụi quán tính 31 Thiết bị xách 31 Kết cấu xyclon đơn 32 Dòng vật chất xyclon 32 Xyclon có cánh hướng doøng 33 Các dạng xiclon (theo dòng khí) 33 Nhoùm xyclon 34 Xiclon tổ hợp 34 Thiết bị thu bụi kiểu gió xoaùy 35 Máy hút bụi 36 Thiết bị lọc tay áo 37 Các cách phân bố dòng khí qua lớp vải lọc 38 Thiết bị lọc bụi với lớp hạt vật liệu rời chuyển động 39 Tháp rửa khí trần 40 Thiết bị rửa khí đệm 41 Thieát bị rửa khí với lớp đệm chuyển động 42 Thiết bị rửa khí sủi bọt 43 Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính 44 Tháp rửa khí ventury 45 Thiết bị thu bụi ướt 45 Thiết bị lọc bụi tónh điện dạng oáng 46 Các dạng điện cực 47 Thiết bị hấp thụ dạng đệm 49 Sơ đồ thiết bị xử lí khí thải công nghiệp nhiệt 53 Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương CHƯƠNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 2.1 CHIẾN LƯC VÀ KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ – HIỆU QUẢ DÀI HẠN Trong gần 20 – 30 năm nay, hoạt động người thải nhiều chất ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn tới việc làm thủng tầng ozon, tăng hiệu ứng nhà kính, tăng thiên tai lũ lụt, bệnh đường hô hấp tăng lên cách nghiêm trọng Trước tình hình “Nghị trình kỷ 21“ (do Hội nghị môi trường phát triển Liên Hiệp Quốc họp Rio de Janairo Braxin ngày – 14 tháng năm 1992 thông qua) kêu gọi cần quan tâm đến chất làm thay đổi khí hậu, làm ô nhiễm không khí phá vỡ tầng ozon Đồng thời, đặt loạt bước hành động để bảo vệ tầng không khí như: • Sử dụng nguồn lượng ô nhiễm có hiệu để sản xuất, vận chuyển, phân phối sử dụng, giảm bớt ngành lượng ảnh hưởng có hại đến khí quyển; thúc đẩy việc mở mang, nghiên cứu chuyển nhượng, sử dụng kỹ thuật cao có liên quan phương pháp thực dụng, chuyển sang sử dụng hệ thống nguồn lượng vô hại • Thông qua việc nâng cao tài nguyên công nghiệp hiệu suất sử dụng tổng hợp vật liệu, áp dụng kỹ thuật phòng chống ô nhiễm, dùng chất thay chất tiêu hao tầng ozon, mở mang kỹ thuật công nghệ sản xuất sạch, giảm bớt chất phế thải, tăng cường việc giám sát chất ô nhiễm vượt qua biên giới tầng khí quyển, hạn chế công nghiệp ô nhiễm ảnh hưởng có hại khí • Xúc tiến việc sử dụng tài nguyên lục địa đại dương đồng thời sử dụng hợp đất đai, giảm bớt ô nhiễm không khí hay hạn chế người thải khí thải nhà kính, bảo vệ tính đa dạng sinh vật, để tăng cường lực hệ thống sinh thái chống lại biến đổi khí hậu ô nhiễm tầng khí Nhìn chung, cần có biện pháp tổng hợp, thực đồng thời nhiều biện pháp từ giáo dục quảng dân, thực luật, nghị định quy chế bảo vệ môi trường, quản lý xã hội, đến việc đầu tư kinh phí áp dụng biện pháp kỹ thuật thích đáng phòng ngừa ô nhiễm bảo vệ môi trường • Quản lý nhà nước, pháp luật Nhà nước ta ban hành Luật bảo vệ môi trường nhiều văn luật bảo vệ môi trường Ở nước ta thành lập quan chuyên trách quản lý môi trường, tổ chức tra kiểm soát bảo vệ môi trường, hình thành mạng lưới quan trắc môi trường báo động kịp thời tình trạng ô nhiễm giới hạn cho phép cho quan quản lý cho nhân dân biết Đó sở pháp lý tổ chức tảng quan trọng để bảo vệ môi trường Mối quan tâm nhà sản xuất lợi ích kinh tế đến mức họ quên tác hại môi trường, với sức khẻ người Vì cần phải tiến hành việc kiểm soát, đăng ký nguồn gây ô nhiễm môi trường (chất thải, hìnht hức thải, biện pháp phòng tránh, ứng cứu cố) áp dụng biện pháp xử lý đơn vị vi phạm, khuyến khích đầu tư áp dụng công nghệ sản xuất Đăng ký nguồn chất thải giúp quan quản lý kiểm soát chặt chẽ Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương chất thải, đồng thời thúc đẩy sở sản xuất tự áp dụng biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường, tự kiểm soát môi trường, hạn chế gây ô nhiễm Kiểm soát chặt chẽ phương tiện giao thông số lượng, chất lượng phương tiện vận chuyển, quy hoạch đường giao thông hạn chế nạn ô nhiễm môi trường không khí Quy hoạch đô thị khu công nghiệp Đánh giá trạng ô nhiễm môi trường, thiết lập đồ phân bố chất ô nhiễm địa phương, khu vực làm để quản lý môi trường Trên thực tế, phát triển đô thị sản xuất luôn thay đổi nên cần điều chỉnh bổ sung định kỳ sốù liệu điều tra hiệu chỉnh đồ ô nhiễm theo thực tế Bố trí mặt đô thị khu công nghiệp dựa sở trạng môi trường dự báo tác động môi trường dự án Phải có vùng cách li vệ sinh công nghiệp (vùng đệm) khu dân cư khu công nghiệp, đảm bảo môi trường không khí xung quanh khu dân cư không bị ô nhiễm Trồng xanh để giảm xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí, tăng độ ẩm làm môi trường không khí • Áp dụng kỹ thuật bảo vệ môi trường Có ba phương pháp bảo vệ môi trường khí cần thực đồng thời làø giảm thiểu chất thải nhờ hoàn thiện công nghệ, máy móc thiết bị tận dụng chất thải; xử lý khí thải; phát tán chất thải vàokhí qua ống khói cao Giảm thiểu khí thải Để giảm ô nhiễm không khí chất thải công nghiệp ta cần hoàn thiện trình công nghệ, bảo đảm độ kín tuyệt đối cho thiết bị, ứng dụng phương pháp vận chuyển vật liệu ống dẫn khí khí nén xây dựng hệ thống xử liù Phương hướng hiệu để giảm chất thải sáng lập trình công nghệ không thải, ứng dụng dòng khí khép kín Xử lý chất thải Cho đến nay, phương tiện để giải chất thải ô nhiễm nghiên cứu ứng dụng hệ thống hiệu làm khí Kết việc xử lí phải thu khí đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường chất độc hại phải xử lí triệt để Do xử lí khí thải hiểu trình sản xuất mà nguyên liệu khí bị ô nhiễm, sản phẩm phải khí chất ô nhiễm thu dạng thành phẩm ứng dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho trình công nghệ khác chuyển sang dạng không độc Chất ô nhiễm tách khỏi dòng khí chuyển thành dạng khác (lỏng hay rắn) dễ kiểm soát hơn, tránh lan truyền môi trường Phát tán ô nhiễm Chất ô nhiễm giảm lượng phát thải xử lý đạt đến mức độ cho phép thải Sau đó, khí thải cần phát tán tốt để bảo đảm chất lượng không khí sát mặt đất không bị ô nhiễm Trong phương pháp này, lượng chất ô nhiễm phát thải không giảm mà Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương pha loãng không khí nhằm tránh gây tác hại cho người môi trường xung quanh 2.2 GIẢM THIỂU CHẤT THẢI 2.2.1 Giảm thiểu ô nhiễm nguồn Giảm thiểu chất thải giảm chất ô nhiễm cần phải xử lý vào dòng chất thải, nhằm làm giảm bớt chi phí xử lý, giảm mối nguy hiểm không số lượng mà đặc tính ô nhiễm chúng sức khoẻ cộng đồng môi trường Đối với ô nhiễm không khí gây nguồn tự nhiên (núi lửa phun, cháy rừng, gió bão…) giảm thiểu ô nhiễm thực hay hiệu thấp, mà người đối phó với ô nhiễm cách che chắn tránh xa khu vực chịu ảnh hưởng khí ô nhiễm Đối với ô nhiễm không khí gây nguồn nhân tạo, người có khả giảm thiểu phát thải ô nhiễm Các giải pháp sau 2.2.1.1 Giải thiểu ô nhiễm giao thông vận tải Đối với nguồn ô nhiễm không khí giao thông việc xử lý có khó khăn Do đó, giảm thiểu chất ô nhiễm phương án hiệu Các biện pháp thực • Nâng cao chất lượng đường giao thông giảm bụi bốc lên có xe lưu thông, giảm bào mòn lốp xe mặt đường sinh bụi Giảm số lần dừngxe tăng tốc độ xe giảm lượng phát thải khí ô nhiễm • Áp dụng phương pháp vệ sinh đường phố đúng, bụi thu gom • Thay nhiên liệu Sử dụng xăng không chì cho xe gắn máy hai bánh Thay dầu diesel hỗn hợp 40% metan (CH4) khí hóa lỏng (LG) Hiện nay, người ta ý đến nhiên liệu metanol, etanol, khì tự nhiên, propan hydro • Nâng cao chất lượng động Sử dụng xe có tiếng ồn 70 dB, dùng động thay cho động Sử dụng kiểu động nạp điện nhiều tầng thực trình đốt nhiều bậc • Kiểm soát hệ thống thải xe Các xe lưu thông phải có phận xử lý khí thải nhằm giảm lượng bụi khí ô nhiễm thoát Cải tiến phận mang lại hiệu giảm lượng chất ô nhiễm đáng kể Bộ phận xử lý khí thải thực nguyên lý phản ứng quay vòng khí thải trao đổi xúc tác để tiếp tục oxy hoá monoxit cacbon (CO), hydrocacbon oxit nitơ (NOx) • Quy hoạch mạng lưới giao thông công cộng thuận lợi, giảm lượng xe hai bánh cá nhân Sử dụng phương tiện giao thông công cộng nhằm giảm tổng lượng phát thải ô nhiễm giảm tổng quãng đường di chuyển • Quy hoạch đường giao thông: trồng xanh hai bên đường tường chắn bụi, chắn âm Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.2.1.2 Giảm thiểu ô nhiễm sản xuất công nghiệp sau: • Đối với s ản xuất công nghiệp thực hướng giảm thiểu ô nhiễm Quy hoạch khu công nghiệp Tính toán dự báo tác động công trình môi trường đảm bảo đưa nhà máy vào hoạt động nồng độ chất thải cộng với nồng độ ô nhiễm khu vực không vượt tiêu chuẩn cho phép Bố trí nhà máy cuối hướng gió Cách li khu công nghiệp với khu dân cư vành đai xanh Kích thước vùng cách li công nghiệp xác định khoảng cách từ nguồn thải đến khu dân cư xác định đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm khu dân cư không vượt tiêu chuẩn cho phép Bố trí công trình mặt chung khu công nghiệp yêu cầu đảm bảo thông thoáng công trình, hạn chế hay loại trừ lan truyền chất ô nhiễm từ công trình sang công trình khác,không gây ô nhiễm cho thân nhà máy • Trồng xanh Cây xanh giảm xạ nhiệt, giảm nhiệt độ không khí tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn, cản gió, nâng cao chất lượng môi trường tác dụng tăng độ ẩm, tăng lượng oxy không khí đồng thời giảm nồng độ bụi hấp thụ chất độc kh6ng khí đất Ngoài ra, xanh hấp thu tiếng ồn, ngăn cản lan truyền ồn xung quanh Tổ chức hệ thống xanh thành phố gồm hệ thống vành đai xanh – mặt nước xung quanh thành phố có chức điều hoà khí hậu, cung cấp không khí sạch, chắn gió, tăng giá trị thắng cảnh; vành đai xanh cách vệ sinh khu công nghiệp đường giao thông; hệ thống công viên; hàng rào công trình • Giảm thiểu lượng nhiên liệu dùng: Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu biện pháp cải tiến công nghệ, đảm bảo vận hành quy trình kỹ thuật Giảm tiêu hao lượng biện pháp tăng cường cách nhiệt, nâng cao hiệu suất chiếu sáng dân dụng đường phố, nâng cao hiệu suất động Sử dụng nguồn lượng lượng mặt trời, lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt, lượng nguyên tử… để giảm sử nhiệt nhiên liệu than dầu cấp cho nhiệt điện • Giảm thiểu chất thải công nghiệp: Dùng nhiên liệu có lượng lưu huỳnh thấp hay giảm bớt hàm lượng lưu huỳnh trước đốt Cải tiến trình đốt để giảm chất thải Trong đó, ý đến chất ô nhiễm bụi, SOx, NOx, CO Các biện pháp nêu phần • Áp dụng phương pháp xử lý trước thải Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.2.2 Quá trình cháy vấn đề môi trường Các chất ô nhiễm không khí sinh chủ yếu trình đốt loại nhiên liệu tạo lượng phục vụ cho sản xuất xử lý loại chất thải hữu (khí, lỏng, rắn) phương pháp đốt Các thành phần ô nhiễm chủ yếu trình đốt bụi, COx, NOx, SOx, VOC… 2.2.2.1 Nguyên lý cháy Quá trình cháy cuả nhiên liệu trình oxy hoá nhanh nhiệt độ cao Chất cháy nhiên liệu chủ yếu cacbon (C), hydro (H) số chất khác tham gia phản ứng cháy nitơ (N), lưu huỳnh (S)… Chất oxy hoá phản ứng oxy (O2) cấp vào vùng cháy từ không khí Quá trình cháy lò đốt phải đảm bảo yếu tố sau - Chất cháy chất oxy hoá phải tiếp xúc tốt với - Tỷ lệ chất oxy hoá chất đốt phải phù hợp (≥1 so với lượng cần thiết, tính theo phương trình lượng hóa học) - Nhiệt độ đủ cao để cháy hết thành phần nhiên liệu không sinh chất ô nhiễm độc hại đặc biệt - Thể tích buồng đốt phải đủ lớn, đảm bảo thời gian lưu nhiên liệu lò để cháy hoàn toàn Đốt chất khí • Chất cháy chất oxy hoá thể khí, nên trình cháy đồng thể (cháy thể tích) Nhiên liệu cháy hoà trộn khí đốt với không khí Chất lượng khí cháy định tỷ lệ hoà trộn hợp lý khí đốt oxy không khí điều kiện hoà trộn chúng Lượng không khí vào không đủ, thiếu oxy khí cháy không hoàn toàn, nhiệt độ buồng đốt giảm Đốt chất lỏng • Nhiên liệu dạng lỏng, nên để đốt chúng cần phân tán chúng thành dạng giọt lỏng phun sương (phun bụi) Tác nhân biến bụi không khí nén, nước áp suất cao hay không khí từ quạt litâm cao áp Chất biến bụi có áp cao phá vỡ độ bền vững dòng chất lỏng làm cho chúng bị chia nhỏ thành bụi Sau dòng lỏng biến bụi, để tạo cháy thành lửa cần qua giai đoạn: - Sấy nóng hỗn hợp chất lỏng bốc - Phân hủy hợp chất hydrocacbon Quá trình tạo hạt muội than • Hoà trộn bụi nhiên liệu oxy không khí Phản ứng cháy diễn Đốt chất rắn Khi đốt nhiên liệu rắn, trình cháy dị thể xảy chất rắn chất khí (oxy không khí), đồng thời có trình cháy đồng thể hai chất khí chấùt bốc oxy không khí Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Quá trình cháy nhiên liệu rắn buồng đốt gồm nhiều giai đoạn Đầu tiên than nung đến nhiệt độ định (đối với than khoảng 200oC), chất bốc thoát khỏi than khí hydro (H2), monoxit cacbon (CO), metan (CH4), hydrocacbon (CnHm) hoà trộn với oxy cháy Khi kết thúc trình cháy chất bốc cacbon bắt đầu tiếp xúc với oxy cháy Quá trình cháy cacbon sinh khí ô nhiễm CO CO2 phản ứng sau C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO C + CO2 = 2CO C + H2O = CO2 + 2H2 CO + O2 = 2CO2 Một số giả thuyết cho CO CO2 xuất đồng thời theo phản ứng sau: C + 3O2 = 2CO2 + 2CO Sự cháy cacbon lâu định thời gian cháy nhiên liệu Tốc độ cháy nhiên liệu rắn phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán oxy tốc độ tách cacbon Như vậy, buồng đốt để oxy (từ gió) tiếp xúc với cacbon, cần tạo cho gió khối lượng áp suất định Nhiên liệu có thành phần chất bốc cao chất bốc cháy hết để lại nhiều lỗ xốp làm tăng bề mặt tiếp xúc cacbon với oxy nên giảm áp suất gió 2.2.2.2 Giảm thiểu ô nhiễm từ trình đốt • Giảm thiểu hàm lượng bụi khói thải Khi nhiên liệu nung nóng đến 500-600oC, hydrocacbon phức tạp bị phân hủy thành hợp chất đơn giản Khi nhiệt độ cao 600oC hydrocacbon lại tạo thành hydrocacbon nặng, cao phân tử, hay bồ hóng Thời gian lưu hỗn hợp khí bụi vùng đốt phải đủ chúng kịp cháy hoàn toàn • Giảm thiểu lượng CO khói thải Lượng oxy cung cấp cho trình cháy không đủ làm tăng thành phần khí CO khói thải Nhiệt độ vùng cháy giảm hay áp suất buồng đốt giảm làm tăng lượng khí CO sinh CO hợp chất bền, oxi hóa CO thành CO2 điều kiện tự nhiên xảy sau – năm Ở nhiệt độ cao 700oC CO bị oxi hóa oxi không khí thành CO2 • Giảm thiểu lượng NOx khói thải NOx hình thành khói thải chủ yếu oxi hoá nitơ nhiên liệu (nitơ nhiên liệu), phần oxi hoá nitơ từ không khí cháy (nitơ nhiệt, nhiệt độ cao > 1100 o C) Để tiết kiệm nhiên liệu giảm lượng NOx cần giảm lượng không khí cháy, hạ nhiệt độ buồng đốt biện pháp: đốt hai bậc, tăng cường xáo trộn, tuần hoàn khí cháy Đốt nhiêu liệu hai bậc Ở bậc thứ nhất, nhiên liệu đốt với lượng không khí nhỏ lý thuyết Nhiên liệu cháy môi trường thiếu không khí, nitơ nhiên liệu giải phóng dạng khí nitơ (N2) Sau đó, cấu tử chưa cháy Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương hết đốt bậc thứ hai với lượng không khí dư Lượng NOx sinh giảm 5540% Các kiểu đốt hai bậc thực sau Một phần không khí cho vào với nhiên liệu (thiếu không khí), phần lại cho vào vùng đốt bổ sung (dư không khí) Một phần mỏ đốt làm việc với lượng không khí thiếu, phần khác cho không khí để đốt tiếp tục cấu tử chưa kịp cháy phần trước Kết cấu mỏ đốt Mỏ đốt có kết cấu cho phép tuần hoàn khí cháy Sự tuần hoàn thực tự nhiên nhờ dòng khí cháy chuyển động với vận tốc cao tạo áp suất âm nên dòng khí tuần hoàn phần Do tuần hoàn, nhiên liệu khí hoá nhanh giảm nhiệt độ cháy Lượng không khí không đủ nhiệt độ thấp nên lượng NOx hình thành giảm Tuần hoàn cưỡng thực nhờ quạt thổi không khí khí cháy vào mỏ đốt Hiệu giảm NOx đến 30-35% Mỏ đốt tăng cường xáo trộn nhiên liệu không khí Không khí vào mỏ đốt theo hai dòng Nhiên liệu trộn trước với dòng không khí thứ mỏ đốt cháy buồng đốt Quá trình cháy nhiệt độ cao die64 nhanh, nên NOx chưa kịp tạo thành với khối lượng lớn Phần chưa cháy đốt tiếp với dòng không khí thứ hai có xáo trộn trước Trong lò, hỗn hợp khí nóng không khí trộn chậm, lửa kéo dài nguội, lượng NOx giảm • Giảm thiểu SOx khí thải Để giảm lượng SOx khí thải thực biện pháp kiểm soát trước đốt phương pháp đốt xử lý lưu hùynh oxit lò Thay nhiên liệu than dầu giảm lượng phát thải SOx hàm lượng lưu huỳnh than (2 - 7% khối lượng) lớn dầu (≤ 3% khối lượng) Ngoài ra, đồng thời nhiệt trị dầu (khoảng 10.000 kCal/kg) cao than (khoảng 7.000 kCal/kg) nên lượng dầu sử dụng thấp Kỹ thuật đốt than giàn ghi hoá lỏng có giá trị làm khí thải lớn tăng hiệu đốt than Than nghiền nhỏ trộn với bột đá vơi thành huyền phù phun vào đáy lò đốt giàn ghi với không khí Lưu huỳnh oxit tạo thành trình đốt phản ứng với vôi để tạo thành canxi sunfat rắn rơi xuống đáy lò nung Tỉ lệ tách lưu huỳnh phương pháp đạt cao 90% 2.2.2.3 Các dạng lò đốt • Lò đốt chất khí Bộ phận tổ chức hoà trộn khí đốt không khí mỏ đốt (thiết bị đốt) Phân loại theo đặc điểm hoà trộn khí đốt không khí thiết bị đốt ta có hai loại mỏ đốt Mỏ đốt trộn trước (mỏ đốt tự hút) Khí đốt không khí trộn thiết bị đốt Khi hỗn hợp khỏi mỏ đốt vào buồng lò cháy Hệ số tiêu hao không khí nhỏ (khoảng 1,05) Nhiệt độ cháy khí cao Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Mỏ đốt không trộn trước khí đốt không khí (mỏ đốt lồng ống) Quá trình hoà trộn chủ yếu thực buồng lò Thời gian cháy hoàn toàn nhiên liệu lâu hơn, lửa dài Hệ số tiêu hoà không khí 1,1 –1,2 Nhiệt độ cháy thấp nên thường dùng với khí đốt có nhiệt trị cao (khi dùng cho lò đốt có sử dụng nhiệt cho mục đích sản xuất) • Lò đốt chất lỏng Mỏ phun thực chức biến bụi nhiên liệu lỏng để đưa hỗn hợp chất biến bụi nhiên liệu vào buồng lò Yêu cầu mỏ phun: Biến dòng nhiên liệu thành bụi nhỏ hoà trộn với không khí Đảm bảo nhiên liệu cháy cho lửa bền có kích thước xác định Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắn, bền vận hành thuận tiện Các loại mỏ phun sử dụng lò đốt chất lỏng gồm: Mỏ phun thấp áp Chất biến bụi không khí cấp từ quạt li tâm cao áp Tất khôn gkhi1 cần để cháy nhiên liệu cấp qua mỏ phun Nhiệt độ nung trước không khí ≤300oC để tránh phân hủy nhiên liệu sinh bồ hóng làm tắc mỏ phun Nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn (1), không khí vào mỏ phun qua đường dẫn (2) Nhiên liệu không khí gặp trước cửa mỏ phun Tại đây, nhiên liệu biến thành bụi, hỗn hợp bụi nhiên liệu không khí quan miệng mỏ phun (3) vào buồng đốt để cháy lò Mỏ phun cao áp Chất biến bụi không khí nén hay nước có áp suất cao Lượng không khí đốt nhiên liệu đưa qua mỏ đốt chiếm khoảng – 12% tổng lượng không khí đốt nhiên liệu Lượng không khí lại cấp vào buồng lò dẫn trực tiếp không qua mỏ đốt Ống dẫn nhiên liệu lỏng (1) trong, ống dẫn chất biến bụi (3) bao bên Khi làm việc, chất biến bụi vào mỏ phun, chuyển động quanh ống dẫn nhiên liệu gặp dòng lỏng đầu mỏ phun Tiết diện chất biến bụi định lưu lượng chất biến bụi vào phá vỡ dòng lỏng điều chỉnh cách dịch chuyển ống dẫn lỏng Lò đốt chất thải lỏng Chất thải dạng lỏng đốt trực tiếp lò đốt cách phun vào vùng lửa hay vùng cháy lò phụ thuộc vào nhiệt trị chất thải Lò đốt trì nhiệt độ khoảng 1000oC Thời gian lưu chất thải lỏng lò từ vài phần giây đến 2,5 giây • Lò đốt chất rắn Lò đốt thủ công: ghi phẳng, ghi nghiêng Nhiên liệu xếp lớp dày 200 – 250mm ghi lò Phía ghi buồng tích xỉ, phía không gian làm việc buồng đốt Khi làm việc, gió cấp vào lò qua cửa (4) qua lớp than để tham gia trình cháy Buồng đốt ghi nghiêng gồm có hai phần: phần không gian làm việc, phần không gian chứa xỉ Gió cấp vào qua cửa (4) để đốt cháy nhiên liệu buồng đốt dùng ghi nghiêng (2) Ghi tạo gang có chiều rộng 200250mm, chiều dài chiều ngang buồng đốt Các ghi đặt so le Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 10 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Dòng khí bụi sục vào nước bị chia thành bọt khí Các hạt bụi bị dính ướt loại khỏi khí Do tiếp xúc dòng khí nhiễm bụi với chất lỏng hình thành bề mặt tiếp xúc pha Bề mặt bao gồm bọt khí, tia khí, tia lỏng, giọt lỏng màng lỏng Trong đa số thiết bị thu hồi bụi ướt tồn dạng bề mặt khác nhau, bụi thu hồi theo nhiều chế khác Thiết bị lọc bụi ướt có ưu điểm nhược điểm so với thiết bị dạng khác sau: Ưu điểm Hiệu thu hồi bụi cao Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1µm Có thể sử dụng nhiệt độ độ ẩm cao Nguy hiểm cháy, nổ thấp Cùng với bụi thu hồi khí Nhược điểm Bụi thu dạng cặn phải xử lí nước thải, làm tăng giá trình xử liù Các giọt lỏng có khả bị theo khí với bụi lắng ống dẫn máy hút Trong trường hợp khí có tính ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị đường ống vật liệu chống ăn mòn Chất lỏng tưới thiết bị thường nước Khi kết hợp trình thu hồi bụi với xử lí hóa học, chất lỏng chọn theo trình hấp thụ 2.4.1.5.1 Thiết bị rửa khí trần Thiết bị rửa khí trần tháp đứng có thiết diện hình trụ hay ngũ giác mà có tiếp xúc khí giọt lỏng (được tạo vòi phun) Theo hướng chuyển động khí lỏng tháp trần chia ngược chiều, chiều tưới ngang Vận tốc dòng khí thiết bị thường khoảng 0,61,2m/s thiết bị tách giọt khoảng 5-8m/s thiết bị có tách giọt Trở lực tháp trần tách giọt lưới phân phối khí thường không 250N/m2 Hình 21 Tháp rửa khí trần Tháp trần đạt hiệu xử lí cao hạt bụi có kích thước d ≥ 10µm hiệu bụi có kích thước d < 5µm Chiều cao tháp (H) vào khoảng 2,5 lần đường kính Đường kính tháp (D) xác định theo phương trình lưu lượng Chi phí nước (m) chọn vào khoảng 0,5-8 l/m3 khí Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 40 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.4.1.5.2 Thiết bị rửa khí đệm Khí Nước Khí bụi Khí Bụi b Khí bụi a Cặn nước Hình 22 Thiết bị rửa khí đệm a- Tháp đệm đứng b- tháp đệm tưới nước ngang: 1- thân; 2- vòi phun; 3- phận tưới nước; 4- lưới đỡ; 5- đệm; 6- bể chứa cặn Tháp rửa khí đệm tháp với lớp đệm đổ đống xếp theo trật tự xác định Chúng thu hồi bụi dễ dính ướt, với nồng độ không cao kết hợp với trình hấp thụ lớp đệm hay bị bịt kín nên loại thiết bị sử dụng Ngoài tháp ngược chiều, thực tế người ta ứng dụng thiết bị rửa khí với tưới ngang (hình trên) Để đảm bảo độ dính ướt bề mặt lớp đệm chúng thường để nghiêng 7-100C hướng dòng khí, lưu lượng lỏng 0,15-0,5l/m3, hiệu thu hồi bụi kích thước d ≥ 2µm 90% Khi nồng độ bụi bẩn đầu đến 10-12g/m3, trở lực 160-100 Pa/m đệm, vận tốc khí thiết bị ngược chiều vào khoảng 1,5-2,0m/s, lưu lượng nước tưới 1,3-2,6 l/m3 Hiệu xử lí phụ thuộc nhiều yếu tố khác như: cường độ tưới, nồng độ bụi, độ phân tán bụi Thực tế hạt có kích thước 2-5µm thu hồi 70% hạt lớn 80-90% Trở lực tháp đệm phụ thuộc dạng vật liệu đệm điều kiện làm việc, lên đến 1500N/m2 2.4.1.5.3 Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động Vật liệu đệm cầu làm polime, thuỷ tinh nhựa xốp Khối lượng riêng cầu đệm không lớn khối lượng riêng chất lỏng Tháp với lớp đệm chuyển động làm việc theo chế độ khác nhau, chế độ tối ưu để thu hồi bụi chế độ giả lỏng hoàn toàn Để đảm bảo hiệu thu hồi bụi cao cần theo thông số sau: vận tốc khí 5-6m/s, nước tưới 0,5-0,7 l/s, tiết diện tự mâm S0 = 0,4 m2/m2, chiều rộng khe b = 4-6mm Khi làm khí chứa keo bụi có khuynh hướng tạo trầm tích người ta ứng dụng mâm với tiết diện tự lớn S0 = 0,5-0,6m2/m2 D ≥ 10 Đường kính tối ưu vào khoảng 20d 40mm khối lượng riêng đổ đống 200-300 kg/m3 Khi chọn đường kính cầu cần theo tỉ lệ Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 41 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Chiều cao tónh tối thiểu lớp hạt Ht 5-8 lần đường kính cầu, chiều cao tối H đa xác định theo tỉ lệ t ≤ D Tháp rửa khí dạng chóp với đệm cầu chuyển động Để bảo đảm hoạt động ổn định khoảng vận tốc khí rộng, phân phối nước đồng giảm lôi giọt nước theo dòng khí người ta áp dụng thiết bị rửa khí dạng chóp với cầu đệm chuyển động Có hai dạng thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động: thiết bị vòi phun thiết bị kiểu bơm phun Trong thiết bị kiểu bơm phun việc tưới cầu đệm thực nước hút lên từ bình chứa có mực nước không đồi, khí cần xử liù Khoảng hở đáy phần chóp mực nước phụ thuộc suất thiết bị (khoảng hở lớn, suất lớn, xem hình vẽ) Trong thiết bị người ta ứng dụng cầu polietilen đường kính 3440mm, khối lượng riêng đổ đống 110-120Kg/m3 Chiều cao lớp đệm Ht = 650mm, vận tốc khí đầu vào lớp đệm dao động khoảng 6-10m/s, vận tốc đầu 1-2m/s Chiều cao phần chóp 1m Góc mở phần chóp phụ thuộc suất thiết bị, từ 10 đến 60o Để thu hồi giọt lỏng phần hình trụ người ta đặt lớp cầu cao 150mm Trong thiết bị vòi phun chi phí nước cho 1m3 khí 4-6 l Trở lực thiết bị vòi phun 900-1400N/m2, thiết bị kiểm bơm phun 800-1400N/m2 Năng suất chúng từ 3000 đến 40.000m3/h Khí Khí Nước Khí bẩn Nước Khí bẩn Nước Khí bẩn Cặn Cặn a Cặn b Hình 23 Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động a- với lớp trụ: 1- lưới đỡ; 2- đệm cầu; 3- lưới giới hạn; 4- phận tưới; 5- phận thu hồi c giọt lỏng b, c- với lớp đệm chóp, phun bơm tia: 1- thân; 2- lưới đỡ; 3- lớp cầu; 4- phận tách giọt; 5- lớp giới hạn; 6- vòi phun; 7- bể với mực nước cố định nước 2.4.1.5.4 Thiết bị rửa khí với lớp đệm dao động Trong thiết bị kiểu cầu đệm tác động dòng khí không trạng thái giả lỏng mà dao động, cọ sát lẫn Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 42 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Khí nhiễm bụi trước tiên qua tia nước, sau qua lớp đệm cầu thuỷ tinh cao 155 mm Vận tốc khí qua mặt cắt tự thiết bị 2,4 ÷ 3,0m/s Trở lực thiết bị từ 1.000 đến 1.500 Pa với lưu lượng nước tưới từ 0,25 đến 0,55l/m3 khí Tháp rửa kiểu có hiệu xử lí đến 99% hạt có kích thước µm lớn Thực tế thiết bị có hai vùng tiếp xúc khí lỏng Vùng thứ dạng giọt lỏng tạo thành trước lớp đệm, vùng thứ hai hình thành dạng bọt trực tiếp lớp đệm 2.4.1.5.5 Thiết bị sủi bọt Khí Khí Nước Nước 2 Cặn Khí bụi Khí bụi Cặn Cặn a b Hình 24 Thiết bị rửa khí sủi bọt a- với mâm chảy tràn; b- với mâm chảy sủi bọt: - thân; 2- mâm; 3- hộp nhập liệu; chặn; - hộp chảy tràn; - vòi tưới Phổ biến thiết bị sủi bọt với đóa chảy sụt đóa chảy qua Đóa chảy sụt đóa lỗ, đóa rãnh Chiều dày tối ưu đóa khoảng 4-6mm, đường kính lỗ thường từ đến 8mm Chiều rộng rãnh 4-5mm, diện tích tự dao động khoảng 0,2 ÷ 0,25m2/m2 Bụi thu hồi lớp bọt hình thành tương tác khí lỏng Quá trình thu hồi bụi thiết bị sủi bọt diễn giai đoạn sau: Thu hồi bụi không gian lưới lực quán tính, hình thành dòng khí thay đổi hướng chuyển động qua đóa Hiệu giai đoạn lớn bụi thô đường kính ≥ 10 µm Lắng bụi từ tia khí, hình thành lỗ khe hở đóa, với vận tốc cao đập vào lớp chất lỏng đóa (cơ chế va đập) Lắng bụi bề mặt bọt khí theo chế quán tính - rối Hiệu giai đoạn lớn giai đoạn nhiều đạt đến 90% hạt bụi 2-5µm Thiết bị sủi bọt có ưu điểm hiệu thu hồi bụi cao hạt có kích thước lớn 2µm trở lực không lớn 300-1.000N/m2 Tuy nhiên tồn yếu điểm sau: Hạt có kích thước nhỏ 2µm không thu hồi hoàn toàn, Cần có phận tách giọt lỏng, Không cho phép lưu lượng khí dao động lớn phá vỡ chế độ tạo bọt, Không cho phép nồng độ bụi khí dao động lớn làm bẩn đóa Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 43 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Thiết bị sủi bọt với đóa chảy qua có đường kính lỗ 3-8mm tiết diện tự 0,150,25m2/m2 Vận tốc khí thiết diện tự từ 1÷3m/s, lưu lượng nước tưới 0,2÷0,3l/m3, chiều cao lớp bọt 80-100mm 2.4.1.5.6 Thiết bị rửa khí va đập, quán tính Trong thiết bị tiếp xúc khí với nước thực va đập dòng khí lên bề mặt chất lỏng thay đổi hướng đột ngột dòng khí Kết va đập giọt lỏng đường kính 300-400 µm tạo thành, làm gia tăng trình lắng bụi Sơ đồ thiết bị đơn giản trình bày hình 3.15 Khí với vận tốc lớn vào tháp (vận tốc khí đến gần bề mặt chất lỏng khoảng 15m/s) Khi quay vòng 180o diễn lắng bụi quán tính giọt lỏng Đối với thiết bị dạng mực nước cố định đóng vai trò quan trọng Sự thay đổi nhỏ mực nước làm giảm hiệu thu hồi bụi làm tăng trở lực thiết bị Nhờ lỗ nhỏ để phân phối nước phận chuyển động nên thiết bị dạng xử lí khí có nồng độ bụi cao Dạng thiết bị hình 15b ứng dụng rộng rãi, dòng khí vào ống đứng tăng tốc đầu nhờ thu hẹp ống đến 3555mm/s đập vào bề mặt chất lỏng Mực nước thấp đầu ống khoảng 2-3mm Hiệu thiết bị thu hồi va đập quán tính đến 99,5% hạt bụi 3µm lớn Tiêu hao nước 0,005-0,15 l/m3 khí Trở lực vào khoảng 1.500-4.000N/m2 Khí bụi Khí bụi Khí Khí Nước Cặn Nước a Cặn b Hình 25 Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính a: 1- ống vào; 2- bể chứa nước; 3- vòi phun b: 1- ống vào; 2- ống chóp; 3- vách ngăn 2.4.1.5.7 Thiết bị rửa khí li tâm Thu hồi bụi thiết bị rửa khí li tâm diễn tác dụng hai lực: lực li tâm lực quán tính Các thiết bị rửa khí li tâm ứng dụng thực tế, chia làm hai dạng theo kết cấu: Thiết bị, dòng xoáy thực nhờ cánh quạt quay đặt trung tâm Thiết bị với ống khí vào theo phương tiếp tuyến Nước rửa khí chảy qua vòi phun trung tâm chảy thành màng thành thiết bị Đặc điểm thiết bị rửa khí li tâm chất lỏng bị theo khí, lực li tâm làm lắng giọt lỏng lên thành thiết bị Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 44 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Nước đưa vào thiết bị phía trên, chảy thành màng bề mặt thiết bị Không khí nhiễm bụi đưa vào góc so với trục xiclon Hiệu thu hồi bụi có kích thước 2-5µm đạt 90%, tiêu hao nước 0,1-2,0lít 1m3 khí 2.4.1.5.8 Thiết bị rửa khí vận tốc cao (thiết bị rửa khí venturi) Để làm khí khỏi bụi kích thước 1-2µm nhỏ hơn, người ta ứng dụng chủ yếu thiết bị rửa khí vận tốc lớn Nguyên lí hoạt động chúng sau: dòng khí bụi chuyển động với vận tốc 70-150m/s đập vỡ nước thành giọt cực nhỏ Độ xoáy rối cao dòng khí vận tốc tương đối bụi giọt lỏng lớn thúc đẩy trình lắng bụi giọt lỏng Hình 26 Tháp rửa khí ventury Để tăng tốc dòng khí người ta ứng dụng cấu khác ống dẫn khí có vách ngăn, dạng chóp… Tuy nhiên, đa số sử dụng ống venturi Ống venturi có độ co đầu vào khí, đoạn chuyển tiếp nhỏ hình trụ, khí chuyển động với vận tốc lớn nhất, sau đoạn ống phình ra, vận tốc khí giảm xuống Thiết bị rửa khí venturi chia thành loại áp suất cao loại áp suất (cột áp) thấp Loại thứ ứng dụng để xử lí bụi kích thước vài µm nhỏ đặc trưng cột áp lớn đến 20.000-30.000N/m2 Loại thứ hai sử dụng để điều hòa khí, trở lực chúng không vượt 500N/m2 Các thiết bị rửa khí venturi có suất đến 500.000 m3khí/h, vận tốc khí đến 150m/s Tiêu hao nước cho tất loại thiết bị venturi cố định khoảng 0,8lít/m3 khí Khí Khí Nước Khí bụi Khí bụi Cặn a b Cặn Hình 27 Thiết bị thu bụi ướt a- xiclon màng nước: 1- ống vào; 2- ống ra; 3- vành góp; 4- vòi phun b- thiết bị venturi với thu giọt lỏng bên ngoài: 1- ống phun bụi; 2- xiclon thu bụi Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 45 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.4.1.6 Thiết bị lọc điện Trong thiết bị lọc điện dòng khí xử lí bụi nhờ tác dụng lực điện Các hạt bụi tích điện tác dụng trường điện chúng chuyển động đến gần lắng điện cực Sự tích điện diễn trường phóng điện quầng sáng, theo hai chế: tác dụng điện trường (các hạt bị bắn phá ion chuyển động theo hướng điện trường) khuếch tán ion Cơ chế thứ chiếm ưu kích thước hạt lớn 0,5µm, chế thứ hai - hạt nhỏ 0,2µm Đối với hạt đường kính 0,2-0,5µm hai chế hiệu Trường lực tạo hai điện cực Một điện cực - cực âm quầng sáng để tích điện cho hạt dây dẫn mảnh bố trí khoảng cách định Điện cực thứ hai - cực lắng, có bề mặt rộng Hình dạng chúng đa dạng: dạng phẳng dạng lưới tấm, dạng gợn sóng, dạng trụ, dạng lòng máng Các yêu cầu điện cực lắng bền học, cứng có khả tách bụi rung, lắc Trên hình giới thiệu sơ đồ thiết bị lọc điện khô Khí vào thiết bị lọc từ phía qua hệ thống điện cực làm đuổi từ phần thiết bị Thiết bị trang bị cấu rung để làm bụi điện cực Thiết bị lọc điện thu hồi hạt có kích thước 0,5µm đạt hiệu suất 99% hiệu quất giảm vận tốc dòng khí tăng Khí Khí bẩn Bụi Hình 28 Thiết bị lọc bụi tónh điện dạng ống 1- điện cực lắng; 2- điện cực quầng sáng; 3- khung; 4- phận giũ bụi; 5- cách điện Trong công nghiệp, người ta sử dụng thiết bị lọc điện ướt, việc làm điện cực thực cách tưới qua vòi phun Thiết bị lọc điện ướt ứng dụng để thu hồi bụi, sương axit khác Hiệu thiết bị lọc điện phụ thuộc tính chất bụi khí, vận tốc tính đồng phân phối dòng bụi tiết diện thiết bị Hiệu cao vận tốc khí thấp, hiệu thu hồi bụi cao Thiết bị lọc điện xử lí thể tích khí lớn khỏi hạt bụi kích thước từ 0,01 đến 100µm nhiệt độ đến 400-500oC Trở lực thiết bị lọc điện khoảng 150Pa Tiêu hao điện cho xử lí 100m3 khí khoảng (0,36-1,8)×106J Bụi có độ dẫn điện cao hiệu thu hồi chúng thiết bị lọc điện lớn Thành phần khí bụi ảnh hưởng đến độ dẫn Khi độ ẩm khí tăng điện trở riêng phần bụi giảm Nồng độ SO2 NH3 khoảng vài trăm ngàn hay vài phần trăm khí làm tăng đáng kể độ dẫn điện bụi Nếu vận tốc khí thiết bị lọc điện tăng hiệu xử lí giảm tăng khả lôi bụi theo dòng khí Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 46 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Hình 29 Các dạng điện cực 2.4.1.7 Lựa chọn thiết bị thu hồi bụi Việc chọn loại thiết bị tối ưu để làm khí vấn đề phức tạp, có nhiều thông số, thông số hóa lí công nghệ khí thải, thông số công nghệ thiết kế thiết bị thu hồi bụi, thông số kinh tế tính đặc trưng khác thiết bị Các thông số chủ yếu độ phân tán, độ yêu cầu, nhiệt độ, độ ẩm, tính ăn mòn khí Thông thường hiệu xử lí thiết bị liên quan chặt chẽ với chi phí lượng kích thước thiết bị Độ yêu cầu cao, chi phí đầu tư cho hệ thống xử lí vận hành thiết bị cao Khi chọn thiết bị thu hồi bụi cần quan tâm đến số sau: • Thiết bị hoạt động chế lắng bụi khô trọng lực, quán tính, li tâm rẻ nhất, thu hồi bụi thô (có kích thước ≥ 10µm) Thường chúng đóng vai trò xử lí bụi sơ • Đa số thiết bị lắng bụi ướt cho hiệu cao kích thước bụi trung bình (>1µm) Muốn thu hồi bụi mịn phải tăng lưu lượng nước (tốn lượng) Ngoài ra, cần phải xử lí nước thải chống ăn mòn thiết bị • Thiết bị lọc điện cho hiệu cao bụi phân tán cao (nhỏ 1µm) Tuy nhiên, cần phải chuẩn bị khí thải nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc khí ảnh hưởng nhiều đến hiệu thiết bị lọc điện • Thiết bị lọc bụi qua vách ngăn cho hiệu cao bụi phân tán cao, cần giữ thông số khí thải giới hạn định Vốn đầu tư thiết bị nhỏ thiết bị lọc điện chi phí vận hành lớn Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 47 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.4.2 Các thiết bị xử lý khí, Để xử lí khí chất độc hại, người ta ứng dụng phương pháp: hấp thụ, hấp phụ, xúc tác, nhiệt ngưng tụ Phương pháp hấp phụ dựa khả lôi phân tử khí, chất rắn xốp Thực tế, người ta sử dụng than hoạt tính, silicagen zeolit làm chất hấp phụ Thời gian gần đây, luyện kim màu, người ta sử dụng rộng rãi Al2O3 nghiền mịn để làm chất hấp phụ HF Xử lí phương pháp xúc tác dựa biến đổi hoá học cấu tử độc hại thành không độc hại bề mặt xúc tác rắn Phương pháp sử dụng để xử lí NOx, SOx, COx tạp chất hữu Phương pháp nhiệt hay phương pháp đốt cháy trực tiếp ứng dụng để xử lí chất độc dễ bị ôxi hóa tạp chất có mùi hôi Phương pháp dựa cháy tạp chất lò đèn xì Phương pháp đốt trực tiếp chất hữu khí thải ứng dụng nhà máy hóa dầu, nhà máy sản xuất metanol… Phương pháp ngưng tụ dựa tượng giảm áp suất bão hòa giảm nhiệt độ Phương pháp dùng để thu hồi dung môi hữu Để trình ngưng tụ xảy cần phải làm lạnh khí chứa dung môi 2.4.2.1 Phương pháp hấp thụ 2.4.2.1.1 Quá trình hấp thụ Hấp thụ trình lôi khí hỗn hợp khí chất lỏng (chất hấp thụ) Hấp thụ chia làm hấp thụ vật lý – chất hấp thụ không tương tác hóa học với chất hấp thụ, hấp thụ hóa học – chất hấp thụ chất hấp thụ xảy phản ứng hóa học tạo thành hợp chất hóa học khác Trong thực tế người ta ứng dụng nước, dung môi hữu cơ, không tham gia phản ứng với khí dung dịch nước với chất để hấp thụ vật liù Còn hấp thụ hóa học, người ta sử dụng dung dịch nước muối kiềm, chất hữu huyền phù nước với chất khác làm chất hấp thụ Do độ hòa tan khí chất lỏng khác nên tiến hành hấp thụ chọn lọc cấu tử hỗn hợp khí, phương pháp ứng dụng rộng rãi tiến hành trình công nghệ Sự tách khí hòa tan từ chất hấp thụ, nghóa trình ngược lại hấp thụ gọi nhả hấp Quá trình hấp thụ ứng dụng rộng rãi kỹ thuật để thu hồi cấu tử có giá trị từ hỗn hợp khí để xử lý tạp chất độc hại 2.4.2.1.2 Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 48 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Thiết bị hấp thụ Các dạng thiết bị hấp thu thường gặp tháp đệm, tháp mâm, tháp phun… Khí Dung môi hấp thu vào Thiết bị hấp thu dạng đệm tháp đứng hình trụ, chứa đầy vật liệu đệm đứng yên, giữ lưới phân phối, khí cho vào từ lưới Chất lỏng chảy vào thiết bị qua cấu tưới chuyển động qua lớp đệm ngược dòng với dòng khí Nhiệm vụ đệm: tạo bề mặt tiếp xúc pha lớn xoáy rối dòng Khí ô nhiễm vào Dung môi hấp thu Hình 30 Thiết bị hấp thụ dạng đệm Vật liệu đệm phải thỏa mãn yêu cầu sau: Bề mặt riêng lớn Thể tích tự lớn Ưu điểm thiết bị hấp thu dạng đệm là: bề mặt riêng lớn, kết cấu thiết bị đơn giản, làm việc môi trường ăn mòn, nên áp dụng rộng rãi Trong thiết bị hấp thu dạng mâm chóp khí cho vào đáy thiết bị qua mâm qua ống khí, đậy chóp trên, phần rìa chóp ngập chất lỏng Mực chất lỏng xác định độ cao ống chảy tràn mâm Đầu ống chảy tràn ngập chất lỏng mâm để tạo trở lực thủy tónh Để tăng tiếp xúc khí lỏng mâm thay cho chóp lớn, người ta sử dụng nhiều chóp nhỏ để tăng chu vi sủi bọt tăng cường độ phân tán khí chất lỏng Mâm đóa khoan lỗ khí chất lỏng qua Mâm lắp tháp trùng với trục tháp Phụ thuộc vào cấu thiết bị sủi bọt, mâm chia ra: mâm chóp, mâm xuyên lỗ, mâm van Trong thiết bị hấp thụ dạng mâm xuyên lỗ, mâm khoan nhiều lỗ với đường kính – mm, phân bố diện tích mâm Khí sục vào chất lỏng qua lỗ dạng tia Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 49 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương bọt Chất lỏng chảy ngang qua mâm nhờ cấu chảy tràn Hiệu mâm xuyên lỗ cao mâm chóp phân tán nhuyễn bọt khí tia Kết cấu mâm đơn giản mâm chóp Trở ngại mâm nhiễm bẩn lỗ ăn mòn mâm đặc tính số chất lỏng tạo thành bọt ổn định Trong thiết bị hấp thụ dạng mâm diễn xáo trộn mãnh liệt chất lỏng sụt khí, làm đồng nồng độ cấu tử phân tán toàn thể tích pha lỏng Điều ảnh hưởng xấu đến động lực trình chất lỏng vào mâm bị bão hòa cấu tử phân tán trộn lẫn với chất lỏng hấp thụ Để loại trừ nhược điểm này, người ta tạo chuyển động định hướng cho chất lỏng mâm Điều đạt ví dụ cách lắp vách ngăn mâm Trên mâm có chóp dạng chữ S chuyển động định hướng chất lỏng đạt nhờ thoát khí mặt chóp Trong thiết bị dạng phun bề mặt tiếp xúc pha hình thành nhờ phân tán chất lỏng dòng khí Trong tháp trần phân tán chất lỏng thực nhờ vòi phun đặt đỉnh tháp Thiết bị đặc trưng bề mặt riêng phần lớn Đặc biệt trình tiến hành hiệu giọt lỏng va đập vào bề mặt thành hay thiết bị Hiệu làm việc thiết bị xác định kích thước gịot Đường kính giọt lỏng tối ưu 0,5 –1mm 2.4.2.1.3 Ứng dụng phương pháp hấp thụ • Hấp thu khí SO2 Chất hấp thu sử dụng nước, dung dịch soda (Na2CO3), huyền phù CaCO3, amoniac, oxit magiê MgO, oxit kẽm, hỗn hợp muối nóng chảy (LiCO3 –32%, Na2CO3 – 33%, K2CO3 – 35%), amin thơm… • Hấp thu khí H2S Chất hấp thụ sử dụng Na2CO3 K2CO3, dung dịch chứa 40–50% photphat Kali (K3PO4), dung dịch kiềm – Asen, dung dịch sôda – sắt, dung dịch kiềm – hydroquinon, dung dịch etanolamin • Hấp thu oxit nitơ (NOx) Chất hấp thụ nước bổ sung oxi già, dung dịch kiềm… Hấp thụ chọn lọc NO dùng chất hấp thu dung dịch FeSO4, FeCl2 • Hấp thu HF SiF4 Chất hấp thu nước, dung dịch muối amôn, cacbonat kali… • Hấp thu Cl2 HCl Clo hấp thu dung dịch kiềm • Hấp thu oxit ccbon (COx) Hấp thụ [Cu(NH3)m(H2O)n]+, dung dịch clorua đồng nhôm • Xử lí dioxit cacbon Hấp thụ CO2 dung dịch etanolamin, amoniac, kiềm(Na2CO3) Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 50 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.4.2.2 Phương pháp hấp phụ 2.4.2.2.1 Quá trình hấp phụ Hấp phụ trình lôi khí từ hỗn hợp khí chất rắn xốp (chất hấp phụ) Hấp phụ ứng dụng để loại trừ trừ tạp chất đặc biệt ứng dụng hiệu xử lý khí thải khỏi tạp chất độc hại để thu hồi chất có giá trị Hấp phụ chia làm hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học 2.4.2.2.2 Đặc tính chất hấp phụ Chất hấp phụ sử dụng chất rắn, xốp có bề mặt riêng lớn Chất hấp phụ đặc trưng khả hấp phụ mình, xác định nồng độ chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng đơn vị thể tích chất hấp phụ Khả hấp phụ lớn chất hấp phụ gọi hoạt tính cân Trong công nghệ, chất hấp phụ sử dụng than hoạt tính, khoáng chất silicat, keo nhôm, zeolid, nhựa tổng hợp trao đổi ion (anion, cation) 2.4.2.2.3 Thiết bị hấp phụ Thiết bị hấp phụ phân loại theo dấu hiệu sau Theo tính chất làm việc: có loại liên tục gián đoạn Theo trạng thái lớp hấp phụ: có loại chuyển động, đứng yên tầng sôi Theo kết cấu có loại thiết bị dạng tháp Tháp hấp phụ với lớp chất hấp phụ đứng yên cho phép tiến hành trình hấp phụ gián đoạn Thiết bị gồm vỏ hình trụ đứng, có lưới phân phối khí lớp chất hấp phụ bố trí Khí (hơi) cho vào qua ống trung tâm, qua lớp chất hấp phụ khỏi thiết bị qua cửa Khi chất hấp phụ bão hoà tiên hành qu1 trình nhả hấp Dòng khí nhả hấp cho vào tháp qua ống khoan lỗ Khí nhả hấp nước, không khí nóng nước Dòng khí nhả hấp thoát cửa Khi sấy dòng khí nóng cho qua ống, làm mát cho dòng không khí lạnh vào Cửa dùng để thay chất hấp phụ Lớp chất hấp phụ thiết bị kiểu bố trí nằm ngang dạng vòng gần ống khoan lỗ trung tâm Ưu điểm thiết bị kết cấu đơn giản chất hấp phụ không bị vỡ Vì vậy, chúng áp dụng cho suất nhỏ vừa Nhực điểm thiết bị phải sử dụng nhiều thiết bị thời gian làm việc chiếm 1/3 hoặ ¼ chu kỳ làm việc chung Hệ thống đóng mở giai đoạn phức tạp gây khó khăn cho người vận hành, điều kiện làm việc torng tháp giai đoạn khác nhau; nhiệt độ, áp suất Hiệu làm việc thiết bị không cao vận tốc khí qua thiết bị nhỏ (khoảng 0,15-0,35m/s) Khi chuyển động ngược dòng với chất hấp phụ theo hướng từ lên trên, qua vùng (vùng hấp phụ) Các giai đoạn qua trình gồm làm nguội chất hấp phụ, hấp phụ nhả hấp diễn đồng thời phần khác thiết bị theo đường chất hấp phụ Chất hấp phụ tuần hoàn vào thiết bị hấp phụ Lưu lượng chất hấp phụ Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 51 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương điều chỉnh vận tốc quay cấu tháo liệu Nhả hấp thực băng cách đun nhiệt thu hồi sản phẩm nhả hấp Ưu điểm thiết bị kiểu điều chỉnh trình tinh vi hơn, sử dụng kết cấu tối ưu kích thước tối ưu cho đoạn thiết bị, trình thực lie6nt ục Nhược điểm thiết bị kết cấu phức tạp, chất hấp phụ bị mài mòn nên phải xử lý bụi, cường độ hấp phụ thấp vận tốc khí nhỏ xáo trộn mãnh liệt than • Thiết bị hấp phụ với lớp giả lỏng Thiết bị có kết cấu đơn giản phần chuyển động bên Trong vỏ hình trụ đứng, lưới phân bố khí có lớp vật liệu kích thước nhỏ trạng thái giả lỏng (sôi) nhờ dòng khí thổi lên tư lưới Chiều cao lớp hấp phụ thời gian lưu trung bình hạt thiết bị điếu chỉnh cách thay đổi lưu lượng chất hấp phụ vào Khi làm việc, mài mòn chất hấp phụ sinh bụi, bụi thu hồi torng phận li tâm quay trở lại lớp hấp phụ Thiết bị có ưu điểm Cường độ hấp phụ cao hạt có kích thước nhỏ xáo trộn mãnh liệt lớp giả lỏng Giải nhiệt thực dễ dàng dòng khí cần xử lý Nhược điểm có tính nguyên tắc tầng sôi có khuấy trộn mãnh liệt, làm giảm động lực trình hấp phụ Vì cần phải sử dụng thiết bị nhiều bậc dạng tháp ngược dòng 2.4.2.2.4 Ứng dụng phương pháp hấp phụ • Hấp phụ khí oxit nitơ (NOx) than hoạt tính • Hấp phụ khí SO2 đá vôi, đolomit (CaCO3.MgCO3) vôi, oxit mangan, than hoạt tính • Hấp phụ hợp chất flo đá vôi • Hấp phụ clo clorua hydro dùng oxiclorua sắt clorua oxit đồng hỗn hợp với oxit magiê, sunfat photphat đồng, chì, cadmi, • Hấp phụ H2S: dùng hydroxit sắt, than hoạt tính, zeolit… • Hấp phụ hợp chất hữu chứa lưu huỳnh với oxit kẽm, sắt, đồng vài kim loại khác, than hoạt tính zeolit tổng hợp • Hấp phụ thủy ngân than hoạt tính • Khử mùi phương pháp hấp phụ than hoạt tính 2.4.2.3 Phương pháp xúc tác Bản chất trình xúc tác để làm khí thực tương tác hóa học, nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với có mặt chất xúc tác đặc biệt Vai trò chúng tăng vận tốc (phản ứng) tương tác hóa học Tương tác xúc tác xúc tác dị thể diễn bề mặt phân chia pha khí xúc tác Xúc tác bảo đảm tương tác chất chuyển hóa bề mặt mình, với hình thành phức hoạt hóa dạng liên kết bề mặt trung gian xúc tác tác chất, sau sản phẩm xúc tác hình thành giải phóng bề mặt xúc tác Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 52 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Hoạt tính xúc tác thường xác định tập hợp tính chất hóa lí xúc tác khí cần chuyển hóa Nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ chuyển hóa có xúc tác, cấu trúc xúc tác, hàm lượng chất tăng hoạt tính xúc tác, áp suất, lưu lượng thể tích, nồng độ khối lượng phân tử tác chất sản phẩm pha khí Các yêu cầu cho xúc tác công nghiệp: độ hoạt hóa cao dẫn nhiệt tốt, bền bền nhiệt, xúc tác phải rẻ, có nhiệt độ cháy thấp hạt có hình dạng cho trở lực thấp Việc chọn xúc tác hiệu cho trình làm khí tiến hành thực nghiệm Chất xúc tác xử lí khí thải công nghiệp chất tiếp xúc sở kim loại quý (platin, paladi, bạc…), oxit mangan, đồng, coban… 2.4.2.3.1 Thiết bị phản ứng xúc tác Thiết bị phản ứng có kết cấu tương tự thiết bị hấp phụ gồm dạng đệm cố định, tầng sôi… 2.4.2.3.2 Ứng dụng phương pháp xúc tác • Khử nitơ oxit xúc tác nhiệt độ cao Chất xúc tác kim loại nhóm Platin ( Pd, Ru, Pt …) Ni, Cr, Cu, Zn, V….Còn chất khử CH4, CO, H2 , NH3… • Xử lý SO2 xúc tác oxit Vanadi • Xử lý CO lớp xúc tác oxit, sắt, đồng, crôm • Xử lý chất hữu có xúc tác kim loại nhóm platin 2.4.2.4 Phương pháp nhiệt Bản chất phương pháp đốt cháy trực tiếp oxi hóa cấu tử độc hại oxi, nhiệt độ cao (450-1.2000C) Phương pháp ứng dụng để loại bỏ khí mà sản phẩm cháy chúng độc Ưu điểm phương pháp đốt cháy trực tiếp thiết bị đơn giản có khả ứng dụng rộng rãi, thành phần khí thải ảnh hưởng đến hoạt động thiết bị đốt Phương pháp ứng dụng rộng rãi sản xuất sơn, trình điều chế số sản phẩm hóa, điện hóa điện tử, công nghiệp hóa dầu, sản xuất metanol để xử lí khí thải Sơ đồ nguyên lí thiết bị đốt khí thải trình bày hình Khí ô nhiễm Vào khí Vào khí Nhiên liệu Nhiên liệu a b Khí ô nhiễm Hình 31 Sơ đồ thiết bị xử lí khí thải công nghiệp nhiệt a- không tận dụng nhiệt; b- với thiết bị truyền nhiệt Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 53 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Kết cấu thể tích lò đốt phải bảo đảm thời gian lưu cần thiết để đốt cháy khí hoàn toàn đạt hiệu xử lí cho trước Thời gian lưu thường khoảng 0,1 đến 1,0 giây, nhiệt độ làm việc, đa số trường hợp, lớn nhiệt độ tự bốc cháy từ 100oC đến 150oC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm không khí xử lý khí thải Tập NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội 2001 [2] Phạm Ngọc Đăng Ô nhiễm môi trường không khí đô thị khu công nghiệp NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội 1997 [3] Nguyễn Văn Phước Quá trình thiết bị công nghiệp hoá học Tập 13 Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp Trường ĐH Bách Khoa TPHCM 1998 [4] Prof April Cerillo & Reva Evero [5] Professor Stanley Williams TA Carol Butler [6] Tom Lawrence [7] Asu, ufl, gu Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 54 ... chặt chẽ Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương chất thải, đồng thời thúc đẩy sở sản xuất tự áp dụng biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường, tự kiểm soát môi trường, hạn... đến 900C Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải 37 Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương Vải tổng hợp teflon, dacron… bền nhiệt hóa, giá rẻ vải vải len Trong môi trường axit độ bền chúng cao, môi trường. .. trước thải Giảng Viên: ThS Trần Minh Hải Môn học Kỹ thuật Môi trường Đại cương 2.2.2 Quá trình cháy vấn đề môi trường Các chất ô nhiễm không khí sinh chủ yếu trình đốt loại nhiên liệu tạo lượng