giáo trình kỹ thuật môi trường

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU
Giáo viên giảng dạy: PGS.TS Phạm Xuân Núi
HÀ NỘI, 8 - 2009
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG
PHÁP HẤP THỤ
Hấp thụ - Absorption
Khái niệm
Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển
cấu tử khí từ pha khí vào trong pha lỏng thông qua quá
trình hòa tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc
với nhau.
Phân loại
Hấp thu vật lý: không tương tác hóa học là quá
trình thuận nghịch.
Hấp thu hoá học: có phản ứng hóa học
 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối
khí thải đến bề mặt của dung dịch hấp thụ.
 Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung
dịch hấp thụ.
 Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách
vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ.
Hấp thu đẳng nhiệt
Có giải nhiệt
 Hấp thu không đẳng nhiệt
Tỏa nhiệt
Đoạn nhiệt
 Hiệu ứng nhiệt của quá trình hấp thụ tra trong sổ tay hoá
lý hoặc tính theo phương trình.
 Nhiệt của phản ứng hoà tan

Cơ chế của quá trình có thể chia
thành 3 bước
 Xử lý khí ô nhiễm
 Lưu lượng khí cần xử lý lớn
 Nồng độ chất ô nhiễm không quá nhỏ
 Thường xử lý SO
x
, HCl, H
2
S, HF, Cl
2
, NO
x
, axeton,…
 Áp dụng phương pháp này trong quá trình xử
lí khí thải sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao
 Thu hồi được các chất để tuần hoàn hoặc chuyển
sang các công đoạn sản xuất khác.
Ứng dụng
 Nước (H
2
O)
 Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na
2
CO
3
, K
2
CO
3

, Ca(OH)
2
,
CaCO
3
,…
 MonoEtanolAmin (HOCH
2
CH
2
NH
2
), Dietanolamin (R
2
NH),
trietanolamin (R
3
N)
 Dễ bay hơi nên thất thoát nhiều
 Ăn mòn hoá học
 Liên kết với CO
2
rất bền nên khó phân hủy để hoàn
nguyên…
CHẤT HẤP THỤ PHỔ BIẾN
Phụ thuộc vào các yếu tố
o Thành phần và tính chất của khí thải cần xử lí
o Tính chất và chất lượng của chất hấp thụ
o Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong thiết bị (chu kì
hấp thụ)

o Lượng chất hấp thụ
o Khả năng tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dung dịch
hấp thụ
o Nhiệt độ, áp suất,…
HIỆU SUẤT CỦA QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ
Phân loại theo dòng chảy
Ngược dòng
Giao dòng - Crossflow
Ưu điểm
o Vận tốc dòng khí trong tháp cao làm cho khả năng hấp thụ tăng
đáng kể.
o Đường kính tháp nhỏ nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m
3
/m
2
), tiết
kiệm dung dịch hấp thụ nhưng vẫn cho hiệu suất cao.
Nhược điểm
o Thiết bị dễ bị ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá
thành chế tạo thiết bị
o Cần phải có hệ thống tự động điều chỉnh lưu lượng dung dịch hấp
thụ phun vào thiết bị.
o Dung dịch phải được phun đều khắp tiết diện tháp.
THÁP PHUN
Tháp phun
o Tháp có dạng hình trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên
tắc tạo ra sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun. Dung
dịch hấp thụ được phun thành giọt nhỏ xuyên qua dòng khí bốc lên
trong thể tích rỗng của thiết bị

THÁP PHUN
Tháp phun rỗng Tháp phun dạng đĩa quay Jet tower
Tháp đệm
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo
ra bề mặt ướt của lớp vật liệu đệm cho dòng khí từ dưới đi lên
Ưu điểm
Hiệu quả xử lí cao
Vận hành đơn giản
Giá thành thiết bị chấp nhận được
Nhược điểm
Khó khăn trong khâu rửa vật liệu đệm
Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình
hấp thụ
Phân phối dung dịch hấp thụ phải đều khắp tiết diện tháp
CÁC LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ
Tháp mâm
Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau, trên đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với
nhau. Quá trình chung của cả tháp là sự tiếp xúc pha nghịch dòng
mặc dù trên mỗi mâm hai pha khí và lỏng tiếp xúc giao dòng
Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâmchóp Tháp mâmvan
THÁP MÂM
Ưu điểm
o Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ.
o Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi.
Nhược điểm
o Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong
dòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên
bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.

o Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy
nén khí cho tháp.
Ứng dụng trong xử lý khí thải
Hấp thụ SO
2
Hấp thụ SO
2
sử dụng dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại
kiềm và kim loại kiềm thổ.
Hấp thụ bằng nước
Sơ đồ hệ thống xử lí SO
2
bao gồm 2 giai đoạn:
Hấp thụ khí SO
2
bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho
dòng khí thải đi qua lớp vật liệu đệm rỗng có tưới nước. Quá trình
hấp thụ SO
2
bằng nước diễn ra theo phương trình:
SO
2
+ H
2
O  H
+
+ HSO
3
-
 Giải thoát SO

2
ra khỏi chất
o Ưu điểm
Cấu tạo đơn giản
Có thể thu hồi SO
2
dùng cho các mục đích khác (sản xuất
axít H
2
SO
4
)
o Nhược điểm
Cần lưu lượng nước lớn, thiết bị hấp thụ có thể tích lớn
Loại SO
2
ra khỏi dung dịch thực hiện bằng cách đun nóng
nó đến 100
0
C, cần chi phí nhiệt lớn.
Xử lý SO
2
Xử lý SO
2
Hấp thụ bằng huyền phù CaCO
3
(thành phần rắn:lỏng = 1:10, kích
thước hạt CaCO
3
0,1mm) diễn ra theo các giai đoạn:

H
2
O + SO
2
= H
2
SO
3
CO
2
+ H
2
O = H
2
CO
3
CaCO
3
+ H
2
SO
3
= 2CaSO
3
+ H
2
CO
3
CaCO
3

+ H
2
CO
3
= Ca(HCO
3
)
2
CaSO
3
+ H
2
SO
3
= Ca(HSO
3
)
2
Ca(HSO
3
)
2
+ 2CaCO
3
= Ca(HCO
3
)
2
+ 2CaSO
3

Ca(HCO
3
)
2
+ 2H
2
SO
3
= Ca(HSO
3
)
2
+ 2H
2
CO
3
Ca(HSO
3
)
2
+ O
2
= Ca(HSO
4
)
2
CaSO
3
+ O
2

= 2CaSO
4
Ca(HSO
4
)
2
+ 2CaSO
3
= Ca(HSO
3
)
2
+ 2CaSO
4
Ca(HSO
4
)
2
+ 2CaCO
3
= Ca(HCO
3
)
2
+ 2CaSO
4
Ca(HSO
4
)
2

+ Ca(HSO
3
)
2
= 2CaSO
4
+ H
2
SO
3
CaSO
3
+0,5H
2
O = CaSO
3
.0,5H
2
O
CaSO
4
+ 2H
2
O = CaSO
4
.2H
2
O
Xử lý SO
2

MgO + SO
2
= MgSO
3
MgO + H
2
O = Mg(OH)
2
MgSO
3
+ SO
2
+ H
2
O = Mg(HSO
3
)
2
Mg(OH)
2
+ Mg(HSO
3
)
2
= 2MgSO
3
+ 2H
2
O
Hấp thụ bởi oxit – magie hydroxit

(Tỉ lệ rắn:lỏng trong huyền phù là 1:10, pH = 6,8 – 7,5) SO
2
được hấp
thụ bởi oxit – magie hydroxit, tạo thành tinh thể ngậm nước MgSO
3
.
Độ hòa tan của sunfit magie trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở
dạng MgSO
3
.6H
2
O và MgSO
3
.3H
2
O rơi xuống thành cặn lắng.
2MgSO
3
+ O
2
= 2MgSO
4
Sự hình thành MgSO
4
không có lợi cho việc tái sinh MgO nên cần hạn
chế phản ứng trên bằng cách giảm thời gian tiếp xúc giữa pha khí và
pha lỏng hoặc dùng hóa chất giảm tính oxi hóa.
Tái sinh MgO
Thực hiện trong lò nung ở nhiệt độ 900
0

C với xúc tác là than cốc.
Ưu điểm
Có thể xử lý khí nóng không cần làmnguội sơ bộ
Thu được sản phẩm tận dụng sản xuất axit sunfuric.
MgO sẵn có, rẻ tiền, hiệu quả xử lý cao.
Hấp thụ bởi oxit – magie hydroxit
Hấp thụ bởi ZnO
SO
2
+ZnO + 2,5H
2
O = ZnSO
3
.2,5H
2
O
Khi nồng độ SO2 lớn:
SO
2
+ZnO + 2,5H
2
O = Zn(HSO
3
)
2
Kẽm sunfit tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xyclon
nước và sấy khô.
Tái sinh ZnO
Nung sunfit ở nhiệt độ 350
0

C.
ZnSO
3
.2,5H
2
O = ZnO + SO
2
+ 2,5H
2
O
Ưu điểm
Có khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200- 250
0
C)
Nhược điểm
Có thể hình thành ZnSO
4
, làmcho việc tái sinh ZnO bất lợi
Xử lý SO
2
Nếu dùng soda phản ứng xảy ra:
Na
2
CO
3
+ SO
2
= Na
2
SO

3
+ CO
2
Na
2
SO
3
+ SO
2
+ H
2
O= 2NaHSO
3
Khí tham gia phản ứng với sunfit và bisunfit làm tăng nồng độ bisunfit.
SO
2
+ NaHCO
3
+ Na
2
SO
3
+ H
2
O = 3NaHSO
3
Dung dịch hình thành tác dụng với oxit kẽm tạo thành sunfit kẽm.
NaHSO
3
+ ZnO = ZnSO

3
+ NaOH
Ưu điểm
Ứng dụng chất hấp thụ hóa học không bay hơi, có khả năng hấp thụ lớn.
Ứng dụng để loại SO
2
ở các nồng độ khác nhau.
Hấp thụ bởi dung dịch amoniac (sunfit – bisunfit amon)
H
2
O + SO
2
= H
2
SO
3
2NH
4
OH + H
2
SO
3
= (NH
4
)
2
SO
3
+ 2H
2

O
(NH
4
)
2
SO
3
+ H
2
SO
3
= NH
4
HSO
3
2(NH
4
)
2
SO
3
+ O
2
= 2(NH
4
)
2
SO
4
Nếu thêm HNO

3
:
(NH
4
)
2
SO
3
+ 2HNO
3
= 2NH
4
NO
3
+ SO
2
+ H
2
O
NH
4
HSO
3
+ HNO
3
= NH
4
NO
3
+ SO

2
+ H
2
O
NH
4
NO
3
thu được dùng làm phân bón, khí thu được chứa 15 – 30% SO
2
để sản xuất H
2
SO
4
.
Xử lý SO
2
Hấp thụ bằng amin thơm
Để hấp thụ SO
2
trong khí thải của luyện kim màu (SO
2
1 – 2% thể tích),
sử dụng dung dịch C
6
H
4
(CH
3
)NH

2
(tỉ lệ C
6
H
4
(CH
3
)NH
2
:nước = 1:1)
Phương trình phản ứng:
C
6
H
4
(CH
3
)NH
2
+ SO
2
= C
6
H
4
(CH
3
)NHSOONH
3
(CH

3
)
2
C
6
H
4
Thu hồi SO
2
và phục hồi dung dịch hấp thụ tiến hành trong tháp chưng cất
ở 100
0
C