Xử lý khí thải bằng phương pháp thiêu đốt, hấp phụ

CƠNG NGHỆ XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG
XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ

1


NỘI DUNG

I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
1. Khái niệm
2. Các nguồn và chất gây ơ nhiễm khơng khí chủ yếu
3. Các dạng thải vào khơng khí
4. Các biện pháp giảm thiểu ơ nhiễm khơng khí
II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
2. Phương pháp hấp phụ

2


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
1. Khái niệm
“Ơ nhiễm khơng khí có nghĩa là đã có mặt một hoặc nhiều chất gây ơ nhiễm trong bầu khơng khí ngồi trời như bụi, khói, hơi, khí bay mùi…
với khối lượng, tính chất và thời gian đủ để gây hại đối với sự sống của người hay động thực vật, hoặc tác hại tới của cải vật chất hoặc cản
trở quá mức đối với sự tồn tại bình yên của sự sống và của cải vật chất trên trái đất”.

3


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
2. Các nguồn và chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu



Nguồn ô nhiễm tự nhiên

4


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
2. Các nguồn và chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu



Nguồn ô nhiễm nhân tạo

5


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
2. Các nguồn và chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu



Các chất gây ô nhiễm chủ yếu

•

Các oxit cacbon

•

Bụi các loại: than tro, kim loại, khống vơ cơ, phóng xạ,…

•

Hợp chất chứa các kim loại có độc tính cao

•

Halogen và các hợp chất chứa halogen

•

Hydrocacbon

•

Các oxit nitơ

•

Các oxit lưu huỳnh

•

Các hợp chất cơ photpho

•

Hơi kiềm, hơi axit

•

HCN và CN

6


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
3. Các dạng thải vào khơng khí

Loại
Bụi

Nguồn gốc

Dải kích thước (µm)
0,1-75

Là các phần tử rắn rời rạc phân tán trong khơng khí, có nguồn gốc tự nhiên hoặc do
hoạt động của con người

Khói I

0,001-1

Khói II

0,1-1

Sương

0,01-10

Được tạo ra do ngưng tụ các phần tử chất rắn trong quá trình đốt nhiên liệu

Là sản phẩm của quá trình tập hợp tự nhiên (ngưng tụ) các phần tử chất lỏng trong
khơng khí

Hơi

0,0005-0,005

Là phần dạng khí của các chất mà ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường chúng ở
thể rắn hoặc lỏng

Khí

<0,0005

Là chất ở điều kiện thơng thường tồn tại ở thể khí

7


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
3. Các dạng thải vào khơng khí

8

I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
4. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí

Các biện pháp mang tính vĩ mô

9


I. Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
4. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí

Các biện pháp mang tính cục bộ

10


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
1.1. Đốt bằng phân hủy nhiệt
Là phương pháp phù hợp với khí thải chứa các hợp chất hữu cơ như các hơi dung môi, hơi lị cốc hóa than, hơi đốt…với điều
kiện nhiệt độ cao, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy thành các sản phẩm khơng hoặc ít độc hại như muội than, khí CO 2 và hơi
nước

11


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ

1. Phương pháp thiêu đốt
1.1. Đốt bằng phân hủy nhiệt
Thường áp dụng khi khí và hơi thải độc, việc thu hồi đắt và có thể tận dụng nhiệt từ quá trình đốt cũng như thu sản phẩm là
than hoạt tính.
Có thể tiến hành đốt với khơng khí hoặc với sự có mặt của xúc tác

12


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
1.2. Tiêu hủy bằng hóa học
Được sử dụng phổ biến với các khí và hơi dung môi độc hại.
Ta vận dụng các phản ứng oxy hóa khử để thay đổi cấu trúc phân tử hay dạng tồn tại của chúng để trở thành các sản phẩm ít
hoặc khơng hại đối với người và sinh vật.
Xúc tác có thể là tia UV, hoặc các chất oxy hóa mạnh khác:

13


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
Thường kết hợp giữa nhiệt và có mặt của xúc tác để đạt được hiệu quả cao nhất

14


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP

THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
Ví dụ: Xử lý NOx bằng NH3 với xúc tác phù hợp

15


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt
Một lị đốt khí thải công suất lớn hiện nay thường bao gồm các bộ phận:

16


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt



Ưu điểm:

•

Phân hủy được hồn tồn các chất gây ơ nhiễm cháy được khi thiết bị thiêu đốt thiết kế và vận hành đúng quy cách

•

Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi vừa phải của lưu lượng khí thải cũng như nồng độ chất ơ nhiễm trong

khí thải

•

Hiệu quả xử lý cao đối với các chất ơ nhiễm

•

Khơng có sự suy giảm đáng kể nào về mặt chất lượng hoạt động của thiết bị, khơng cần hồn ngun như các phương
pháp hấp phụ và hấp thụ

•

Có khả năng thu hồi và tận dụng được nhiệt thải ra trong quá trình thiêu đốt

17


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
1. Phương pháp thiêu đốt



Nhược điểm:

•

Chi phí đầu tư và vận hành thiết bị tương đối lớn

•

Có khả năng làm phức tạp vấn đề ơ nhiễm khơng khí khi các chất ơ nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt ngồi các ngun tố
C, H, O cịn có chứa cả các nguyên tố Cl, N, S

18


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.1. Hiện tượng hấp phụ

“Hấp phụ là q trình tích lũy các chất (các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan) lên bề mặt chia pha, có
thể là lỏng - rắn, khí - lỏng hay khí - rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ
(adsorbate), còn chất mà tụ tập trên bề mặt phân chia được gọi là chất bị hấp phụ ( adsorbent).”
( “Giáo trình Hóa Lí – tập II” - Trần Văn Nhân, ĐH QGHN)

19


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.1. Hiện tượng hấp phụ

20


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP

THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.1. Hiện tượng hấp phụ

-------

HẤP PHỤ VẬT LÝ
HẤP PHỤ VẬT LÝ
Nhờ các liên kết vật lý, chủ yếu là liên kết
Nhờ các liên kết vật lý, chủ yếu là liên kết
Vander Waals
Vander Waals
Hấp phụ đơn lớp, đa lớp, thuận nghịch
Hấp phụ đơn lớp, đa lớp, thuận nghịch
Cấu trúc chất hấp phụ không thay đổi
Cấu trúc chất hấp phụ không thay đổi
Tốc độ hấp phụ nhanh
Tốc độ hấp phụ nhanh
Tính chọn lọc thấp
Tính chọn lọc thấp
Hấp phụ ở nhiệt độ thấp
Hấp phụ ở nhiệt độ thấp

VD: Silicagel hấp phụ H O trong bình hút ẩm
VD: Silicagel hấp phụ H22
O trong bình hút ẩm

-------

HẤP PHỤ HĨA HỌC

HẤP PHỤ HĨA HỌC
Nhờ các liên kết hóa học, tạo ra các hợp chất
Nhờ các liên kết hóa học, tạo ra các hợp chất
bề mặt giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
bề mặt giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
Hấp phụ đơn lớp
Hấp phụ đơn lớp
Cấu trúc chất hấp phụ thay đổi
Cấu trúc chất hấp phụ thay đổi
Tốc độ hấp phụ chậm
Tốc độ hấp phụ chậm
Tính chọn lọc cao
Tính chọn lọc cao
Nhiệt độ càng cao, khả năng hấp phụ càng lớn
Nhiệt độ càng cao, khả năng hấp phụ càng lớn

VD: Than hấp phụ Oxi
VD: Than hấp phụ Oxi

21


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.2. Nguyên lý của phương pháp

Khí sau
khi xử lý

Hồn ngun (nhả hấp phụ)
Lớp vật liệu hấp phụ

Tháp hấp phụ

Khí thải
22


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.3. Các chất hấp phụ sử dụng trong cơng nghệ xử lý khí thải



Than hoạt tính

Là một chất hấp phụ rắn, xốp, khơng phân cực và có bề mặt riêng rất lớn
Có cấu tạo xốp, tạo nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp

Loại lỗ xốp

Bán kính hiệu dụng (Å)

2
Bề mặt riêng (m /gam)

Mao quản lớn

1000-10000

<2

Mao quản trung gian

100-250

100

Vi mao quản

10

350-1000

23


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.3. Các chất hấp phụ sử dụng trong cơng nghệ xử lý khí thải



Silicagel

Là gel của anhydrit axit silixic, có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển

Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất
có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro
Lưu ý: tránh giải hấp ở nhiệt độ cao hoặc hơi ẩm kéo dài

24


II. XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THIÊU ĐỐT VÀ HẤP PHỤ
2. Phương pháp hấp phụ
2.3. Các chất hấp phụ sử dụng trong cơng nghệ xử lý khí thải



Zeolit

Là các hợp chất alumosilicat có cấu trúc tinh thể

Cơng thức hố học có thể biểu diễn như sau
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O
M : kim loại hoá trị n
y/x: tỉ số nguyên tử Si/Al, tỉ số này thay đổi tuỳ theo
loại zeolite.
z: số phân tử H2O kết tinh trong zeolit.

Trong công nghiệp, phổ biến nhất là zeolit A và zeolit X. Các loại này
có tính hấp phụ khá tốt và tương đối chọn lọc

25