Tài liệu Chương 6 xử lý bụi

1
1
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.1. Khái niệm và phân loại bụi
Các hạt trong không khí (particles) gồm: các hạt chất rắn có thể lắng và các
hạt lơ lửng hay các sol khí (aerosols = hệ phân tán các hạt chất rắn, lỏng
trong pha khí).
Bụi thường ñược hiểu là các hạt chất rắn tồn tại trong không khí.
Có nhiều cách phân loại bụi:

Theo kích thước hạt:

hạt d <1 µm: khói (smoke)

hạt d = 1 - 75 µm: bụi (dust)

hạt d > 75 µm: bụi thô (grit)

Theo bản chất hóa học: bụi vô cơ, bụi hữu cơ

Theo khả năng lắng: bụi bay (d<10 µm), bụi lắng (d>10 µm)

Theo khả năng xâm nhập ñường hô hấp:

d <5 µm: bụi ñọng lại trong phổi

d = 5 - 10 µm: ñọng lại trong cuống phổi

d > 10 µm: nằm lại trong mũi


Do tầm quan trọng của khả năng xâm nhập ñường hô hấp, phân biệt:

PM
10
: bụi có d ≤ 10 µm

PM
2.5
: bụi có d ≤ 2.5 µm
2
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
ðánh giá quá trình xử lý bụi

Hiệu suất xử lý bụi hay hiệu suất thu gom (collection efficiency), %:
hay:
M
1
: lượng bụi thu gom ñược ở thiết bị, kg/s
M
0
: lượng bụi ñi vào thiết bị, kg/s
M
2
: lượng bụi ñi ra khỏi thiết bị, kg/s
Q: lưu lượng khí (m
3
/s)

C: nồng ñộ bụi (kg/m
3
)
(chỉ số nhỏ chỉ dòng khí tương ứng)

Khi có n thiết bị xử lý lắp nối tiếp, hiệu suất xử lý bụi tổng cộng:
η = 1 - (1 - η
1
)(1 - η
2
)….(1 - η
n
) (6.3)
(6.1) 100100
21
1
0
1
×
+
=×=
MM
M
M
M
η
Thiết bị
0 2
1
Vào

Thu gom
Ra
(6.2) 100
00
11
×
×
×
=
CQ
CQ
η
2
3
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.2. Buồng lắng bụi
6.2.1. Nguyên tắc hoạt ñộng
Nguyên tắc: Cho dòng khí thải ñi vào buồng lắng có tiết diện tăng, tốc ñộ khí giảm
ñột ngột, các hạt bụi tách khỏi dòng khí dưới tác dụng của trọng lực.
6.2.2. Cấu tạo thiết bị
Buồng lắng ñơn (H.6.1.a)
Buồng lắng có vách ngăn (H.6.1.b)
Buồng lắng nhiều tầng (H.6.1.c)
Khí thi
Khí thi ñã
loi bi
Phu gom bi
Hình 6.1.

Các dạng buồng lắng bụi
a)
b)
c)
4
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.2.3. Hiệu suất xử lý
Hiệu suất thu gom bụi có cỡ hạt d:
L, H: chiều dài, chiều cao buồng lắng, m
v
g
: vận tốc chuyển ñộng ngang của dòng khí, m/s
v
s
: vận tốc lắng của hạt, m/s. Theo ñịnh luật Stokes:
ρ
p
: khối lượng riêng của hạt, kg/m
3
d: ñường kính hạt, m
µ
: ñộ nhớt của khí, kg/m/s
g: gia tốc trọng trường, m/s
2
B: bề rộng buồng lắng, m
Q: lưu lượng dòng khí thải, m
3
/s


Với hạt cỡ d<1 µm; biểu thức Stokes phải ñược nhân với hệ số hiệu chỉnh
Cunningham (C
c
). Giá trị C
c
tùy thuộc cỡ hạt.
(6.4) exp1








−−=
Hv
Lv
g
s
η
(6.5)
18
2
µ
ρ
dg
v
p

s
=
(6.6)
18
exp1
18
exp1
22








−−=








−−=⇒
Q
LBdg
Hv
Ldg

p
g
p
µ
ρ
µ
ρ
η
3
5
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Thực tế, khí thải chứa hỗn hợp bụi nhiều cỡ hạt.
Tính η
i
cho từng cỡ hạt d
i
theo (6.4); sau ñó từ số liệu phân
bố cỡ hạt trong khí thải, tính hiệu suất tổng cộng:
w
i
là phần hạt cỡ d
i
ðối với buồng lắng nhiều tầng, nhân thêm N (số tầng) vào
biểu thức trong ngoặc ở công thức (6.4).
Từ phương trình (6.4), η cao khi:

v
s

càng lớn (tức d lớn, thường với hạt > 50 µm)

v
g
càng nhỏ (thường v
g
< 3 m/s)

L/H càng lớn
(6.7)
∑
=
ii
w
ηη
6
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Tóm tắt một số thông số với buồng lắng bụi:
4
7
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.3. Thiết bị ly tâm (Cyclone)
6.3.1. Nguyên tắc
Dòng khí thải chuyển ñộng
theo phương tiếp tuyến với
thành thiết bị, lực ly tâm làm

hạt bụi văng xa, va chạm thành
cyclone mất ñộng năng và rơi
xuống theo trọng lực.
6.3.2. Cấu tạo thiết bị
Cyclone ñơn

Kiểu dòng vào phía trên
cùng (H.6.2.a)

Kiểu dòng vào từ dưới
(H.6.2.b)
Cyclone chùm (H.6.2.c)
Hình 6.2.
Các kiểu thiết bị cyclone
a)
b)
c)
8
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.3.3. Hiệu suất xử lý
Dựa trên khái niệm “cỡ hạt chia cắt” (“cut diameter”) d
50
hay d
cut
: cỡ hạt
ứng với hiệu quả gom bụi ñạt 50% (Iozia&Leith, 1989):
d
cut

: cỡ hạt chia cắt, m
µ
: ñộ nhớt khí thải, kg/s/m
B: bể rộng ống khí vào, m
n
t
: số vòng xoáy hiệu quả (thường 5 – 10)
v
i
: tốc ñộ khí vào, m/s
ρ
p
: khối lượng riêng của hạt, kg/m
3
Tính hiệu suất thu gom cho cỡ hạt d
p
theo phương pháp Lapple (công thức
6.9 hay ñồ thị 6.3):
Từ phân bố cỡ hạt trong khí thải, tính hiệu suất xử lý tổng cộng theo công
thức (6.7).
(6.8)
2
9
2/1









=
ipt
cut
vn
B
d
ρπ
µ
(6.9)
)/(1
1
1
2
cutp
dd+
−=
η
5
9
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Hình 6.3.
Hiệu suất thu gom theo
tỷ số d/d
cut
10
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Ví dụ: Xác ñịnh hiệu suất thu gom bụi của cyclone xử lý bụi từ lò quay xi măng với
các ñiều kiện sau:

ðộ nhớt khí thải = 2 x 10
-5
kg/m/s

tỷ khối bụi = 2.9 x 10
3
kg/m
3

vận tốc khí vào cyclone = 15 m/s

số vòng xoáy hiệu quả = 5

ñường kính cyclone = 3 m

bề rộng ống dẫn khí vào = 0.75 m
Phân bố cỡ hạt như sau:
7>60
360
650
1040
1630
2020
1510
205

31
% khối lượng
Cỡ hạt TB d, µ
µµ
µm
6
11
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Giải:
Tính d
cut
theo (6.8):
Sử dụng phương trình Lapple (6.9), tính ñược các hiệu suất thu gom tương ứng.
Từ phân bố cỡ hạt, tính ñược
Hiệu suất xử lý tổng cộng η = 66,84%
mmd
cut
µ
94,91094,9
15109,2514,32
75,01029
6
2/1
3
5
=×=









×××××
×××
=
−
−
(6.8)
2
9
2/1








=
ipt
cut
vn
B
d
ρπ

µ
12
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Các thông số kích thước ñiển hình của cyclone
7
13
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Tóm tắt một số thông số với cyclone
14
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.4.1. Nguyên tắc
Cho khí thải qua vật liệu
lọc bằng sợi, hạt bụi ñược
giữ lại.
Tác dụng lọc bụi liên quan
ñến các cơ chế:

Va chạm (impaction)
(H.6.4.a)

Chặn (interception) (H.6.4.b)

Khuếch tán (diffusion)
(H.6.4.c)


Khác: lắng, tĩnh ñiện,
a)
b)
c)
6.4.Thiết bị lọc túi vải (Fabric filter)
Hình 6.4.
Các cơ chế lọc bụi bằng
túi vải
8
15
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.4.2. Cấu tạo thiết bị
Thiết bị lọc dạng túi
(Baghouse filter)
Vật liệu túi lọc: vải bông,
len, dạ, sợi tổng hợp, sợi
thủy tinh
Có 3 kiểu làm sạch bụi khỏi
túi lọc:

Rung cơ học (shaker)

Khí rửa ngược (Reverse
air)

Phun khí theo xung
(Pulse-jet)

Hình 6.5.
Sơ ñồ
thiết bị lọc và hình
ảnh túi lọc
16
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Rung cơ học
Khí rửa ngược
Phun khí theo
xung
Hình 6.6.
Sơ ñồ các thiết
bị lọc với các kiểu làm sạch
bụi khác nhau
9
17
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.4.3. Hiệu suất xử lý
α
: hệ số chiếm chỗ của vật liệu lọc = thể tích vật liệu/tổng thể tích
L: chiều dày của lớp vải lọc, m
d
f
: ñường kính sợi, m
η
fiber

=1 - (1-
η
va chạm
)(1-
η
chặn
)(1-
η
k.tán
)(1-
η
lắng
)…
≈ η
va chạm
+
η
chặn
+
η
k.tán
+
η
lắng
+…
(6.10)
)1(
4
exp1









−
−
−=
f
fiber
d
L
απ
αη
η
• Các giá trị
η
thành
phần khá phức tạp;
có thể xác ñịnh bằng
ñồ thị kinh nghiệm.
Ví dụ hình 6.6.
Hình 6.6.
Hiệu suất gom bụi theo
cơ chế phụ thuộc vào cỡ hạt
18
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI

Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.4.4. Tỷ số A/C
Trong thiết kế thiết bị túi lọc, tỷ số khí/vải (Air/Cloth hay A/C ratio) ñược
ñịnh nghĩa:
tỷ số A/C = Q/A
c
Q: lưu lượng khí, m
3
/s
A
c
: diện tích bề mặt túi lọc, m
2
Tỷ số A/C chính là vận tốc lọc v
f
.
A/C là thông số thiết kế quan trọng, tùy thuộc vào phương pháp làm sạch
bụi:
0.01– 0.03 (m
3
/s)/m
2
Rung cơ học
0.005 – 0.015 (m
3
/s)/m
2
Khí rửa ngược
0.025 – 0.075 (m
3

/s)/m
2
Phun khí theo xung
Tỷ số A/CPhương pháp làm sạch bụi
Bảng 6.1.
Tỷ số A/C với các loại thiết bị túi lọc
10
19
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
< 0.1 với sợi ñan
~ 0.3 với sợi ép
Hệ số chiếm chỗ vật liệu α
< 1 m
2
ñến vài trăm m
2
Diện tích vải lọc
0.005 – 0.075 m/sVận tốc lọc
18 tháng - 2 nămTuổi thọ trung bình túi lọc
260 - 280ºC Nhiệt ñộ vận hành tối ña
1.25 – 15 cm H
2
Oðộ sụt áp
> 0.5 µm
Cỡ hạt xử lý hiệu quả
> 99%Hiệu suất xử lý bụi
Tóm tắt một số thông số với túi lọc
20

BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.5. Thiết bị rửa khí (scrubber)
6.5.1. Nguyên tắc hoạt ñộng
Cho khí thải tiếp xúc chất lỏng bụi bị giữ lại và thải ra dạng bùn cặn.
Nếu chỉ loại bụi-dùng H
2
O, nếu kết hợp loại khí -dùng dung dịch hóa chất.
6.5.2. Cấu tạo thiết bị
Kiểu tháp phun (spray tower) H.6.7.a.
Kiểu cyclone (cyclone scrubber) H.6.7.b.
Kiểu venturi (Venturi scrubber) H.6.7.c.
Khí thải
Khí sạch
Nước
Bùn
Khí sạch
Khí thải
Bùna)
b) c)
Hình 6.7.
Các thiết
bị hấp thụ bụi
11
21
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.5.3. Hiệu suất xử lý

(1). Thiết bị tháp phun dòng ngược chiều (Calvert, 1968):
Q
L
, Q
G
: lưu lượng dòng nước và dòng khí
v
d/g
: vận tốc tương ñối của giọt nước so với khí
v
d/w
: vận tốc tương ñối của giọt nước so với thành tháp; v
d/w
= v
d/g
+ v
g/w
Z: chiều cao của tháp hấp thụ, cm
d
d
: ñường kính giọt nước, cm
η
d
: tính theo các công thức sau:
với
µ
G
: ñộ nhớt của khí
ρ
p

: khối lượng riêng của hạt
d
a
: ñường kính khí ñộng học, tính từ ñường kính hạt bụi d
s
theo công thức:
d
a
= d
s
(
ρ
C
c
)
1/2
C
c
: hệ số hiệu chỉnh Cunningham
(6.11)
2
3
exp1
/
/









−−=
dwd
dgd
G
L
dv
Zv
Q
Q
η
η
(6.12)
7.0
2






+
=
Stk
Stk
d
η
(6.13)

9
/
2
dG
gapa
d
vd
Stk
µ
ρ
=
22
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
(2). Thiết bị venturi (Calvert, 1972):
v
g
: vận tốc của khí, cm/s
ρ
L
: khối lượng riêng của chất lỏng, g/cm
3
Z: chiều cao của tháp hấp thụ, cm
f: hệ số vận hành = 0.1 – 0.3
(6.15)
v
r
: vận tốc tương ñối giữa hạt bụi và giọt chất lỏng
d

d
có thể tính theo công thức:
(6.14) ),(
55
2
exp








−= fKF
dv
Q
Q
pt
G
dLg
G
L
µ
ρ
η
(6.16)
9
2
dG

ar
pt
d
dv
K
µ
=
(6.17) 8.91
50
1.5








+=
G
L
g
d
Q
Q
v
d
12
23
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.6. Thiết bị lọc tĩnh ñiện
(ESP: Electrostatic
Precipitator)
6.6.1. Nguyên tắc hoạt ñộng
Khi cho khí thải qua ñiện trường mạnh, hạt bụi tích ñiện âm và bị tách
khỏi dòng khí thải do lực hút tĩnh ñiện.
ðiện thế sử dụng: 30.000 – 50.000 V (phát hào quang, corona)
6.6.2. Cấu tạo thiết bị
Cực (-) là sợi dây ở giữa; cực (+) là thành thiết bị
Hạt bụi tích ñiện (-) bị hút vào bề mặt cực (+), trung hòa ñiện rơi xuống,
ñược thu gom ñịnh kỳ.
Có 2 dạng:

Thiết bị dạng ống (tubular ESP)

Thiết bị dạng tấm phẳng (plate ESP)
24
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Hình 6.8.
Các thiết bị lọc bụi tĩnh ñiện
a) Dạng ống
b) Dạng tấm phắng
13
25
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI

Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.6.3. Hiệu suất xử lý
Phương trình Deutsch-Andersen:
A: tổng diện tích bề mặt thu bụi, m
2
Q: lưu lượng khí, m
3
/s
v
p
: vận tốc di chuyển của hạt về cực thu bụi, m/s (0,03 – 0,2 m/s)
Tính v
p
theo công thức:
q: ñiện tích hạt = ne
E: cường ñộ ñiện trường, V/m
d: ñường kính hạt, m
µ: ñộ nhớt khí thải, kg/m/s
C
c
: hệ số hiệu chỉnh Cunningham
(6.18) exp1









−=
Q
Av
p
η
(6.19)
2 d
qEC
v
c
p
πµ
=
26
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
Tóm tắt một số ñặc ñiểm của ESP
14
27
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
6.7. So sánh, lựa chọn phương pháp xử lý bụi
Phương pháp xử lý liên quan ñến cỡ hạt:
28
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
15

29
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
30
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
16
31
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 6. XỬ LÝ BỤI
32
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.1. ðại cương về các khí ñộc hại
7.1.1. Các loại khí ñộc hại và nguồn phát sinh
Khí ñộc hại = các chất ô nhiễm không khí ở dạng khí có thể gây ñộc hại ñối với sức
khỏe con người và sinh vật.
Các chất ô nhiễm phổ biến: CO, SO
2
, NO
x
, O
3
, Hydrocarbon
Các chất ô nhiễm ñặc biệt khác. Ví dụ Luật Không khí sạch 1990 của Mỹ liệt kê 188
chất khí nguy hại (HAPs: Hazardous Air Pollutants)

•
Bay hơi, thất thoát dung môi hữu cơ
•
ðốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu dầu khí
•
Dây chuyền sản xuất (khai thác
chế biến dầu mỏ, sơn,…)
•
Khí xả ñộng cơ ô tô, xe máy
VOCs
•
Phản ứng cháy của C và các chất hữu cơ trong
ñiều kiện thiếu O
2
•
Khí xả ñộng cơ ô tô, xe máy; khói
lò ñốt than; khí thải CN
CO
•
Phản ứng của N
2
và O
2
trong không khí ở nhiệt
ñộ cao
•
Sán phẩm trung gian
•
Khí xả ñộng cơ ô tô, xe máy;
•

Khí thải nhà máy nhiệt ñiện;
•
CN phân bón, sản xuất HNO
3
NO
x
•
Phản ứng cháy của S trong nhiên liệu
•
Sản phẩm trung gian trong SX
• Khí thải lò ñốt than, dầu, khí;
• CN sản xuất H
2
SO
4
SO
2
Cơ chế phát sinhNguồn phát sinhKhí
Bảng 7.1.
Một số khí ñộc hại thông thường và nguồn phát sinh (nhân tạo)
17
33
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Bảng 7.2.
Phát thải toàn cầu các chất khí khác nhau (1998)
ðơn vị Mt a
-1
: triệu tấn/năm

(Nguồn: Jeremy Colls. Air pollution. Spon Press, 2002)
TCVN 5937-2005
TCVN 5947-1996
34
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Hình 7.1.
Phát thải các chất ÔN không khí ở Mỹ năm 1998 theo nhóm nguồn thải
(Nguồn: Schnelle, Karl B. Air pollution control technology handbook, CRC Press, 2002)
18
35
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Bảng 7.3
. ðóng góp phát thải khí từ các nguồn khác nhau ở Cộng ñồng Châu Âu (%)
(Nguồn: Jeremy Colls. Air pollution. Spon Press, 2002)
36
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.1.2. Ước tính lượng khí ñộc hại phát sinh khi ñốt nhiên liệu
Dựa trên hệ số phát thải (lượng chất ÔN/ñơn vị lượng nhiên liệu) thay ñổi
tùy thuộc loại nhiên liệu, thiết bị ñốt, kỹ thuật ñốt, có hay không phương
tiện xử lý khí thải,…
Hệ số phát thải theo PP ñiều tra nhanh của WHO (1993)
Các ví dụ:
0,0550,39,019,5S5AtấnThan anthracite
0,7912,199,6220S0,710tấnDầu DFO

0,8632,368,9120S0,287tấnKhí tự nhiên
VOC
(kg/U)
CO (kg/U)
NO
x
(kg/U)
SO
2
(kg/U)
Bụi
(kg/U)
ðơn vị
(U)
Loại nhiên liệu
A: ñộ tro của than (%); S: hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu (%)
Bảng 7.4.
Hệ số phát thải nhà máy nhiệt ñiện (khí thải chưa xử lý)

Than Quảng Ninh: A = 22%; S = 0,5%, C = 62,8%

Dầu DFO: A = 0,1%; S = 3%; C = 85%
19
37
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Bảng 7.5.
Hệ số phát thải ñộng cơ ô tô, xe máy (chưa qua bộ xử lý)
14,83118,015,1320S0,80

tấn nhiên
liệu
ðộng cơ < 1400 cc
(xe sản
xuất trong thời gian 1985-
1992; chạy trong thành phố)
Ô tô chở người
805258,020S-
tấn nhiên
liệu
ñộng cơ 4 kỳ; >50 cc
5007302720S4
tấn nhiên
liệu
ñộng cơ 2 kỳ; >50 cc
1,2910,241,311,74S0,071000 km
3305502,820S6,7
tấn nhiên
liệu
ñộng cơ 2 kỳ; <50 cc
Xe máy
VOC
(kg/U)
CO
(kg/U)
NO
x
(kg/U)
SO
2

(kg/U)
Bụi
(kg/U)
ðơn vị (U)Loại phương tiện
Nguồn: WHO, 1993
38
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.2. Phương pháp hấp thụ
7.2.1.Nguyên tắc xử lý
Cho khí thải tiếp xúc với dung môi lỏng hay dịch hóa chất, khí ñộc hại sẽ bị
giữ lại bởi quá trình hòa tan hay phản ứng với hóa chất.
ðối tượng xử lý: SO
2
, H
2
S, HCl, Cl
2
, NH
3
7.2.2.Thiết bị xử lý
Các tháp hấp thụ hay tháp rửa khí (scrubber):

tháp phun ngược dòng (H.7.2.a)

tháp có lớp ñệm (H.7.2.b)

tháp có các ñĩa tiếp xúc (H.7.2.c)
Tháp có lớp ñệm ñược áp dụng phổ biến nhất:


Ưu ñiểm: tăng bề mặt tiếp xúc khí-lỏng

Vật liệu ñệm: ñá, sành sứ, kim loại, plastic, ; vật liệu ñược bố trí kiểu tự do hay
có sắp xếp

Các yếu tố ảnh hưởng: tốc ñộ khí thải, tốc ñộ phun chất lỏng, kích cỡ vật liệu
ñệm, chiều cao tháp
20
39
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Hình 7.3.
Các loại tháp rửa khí
a) tháp phun ngược dòng b) tháp có lớp ñệm c) tháp có các ñĩa tiếp xúc
(Nguồn: C.C. Lee. Handbook of environmental engineering calculations. McGraw-Hill, 2000)
b)a) c)
40
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.2.3. Xử lý SO
2
Công nghệ phổ biến là hấp thụ bằng vôi (CaO) hay ñá vôi (CaCO
3
):
CaO+ SO
2
+ 2 H

2
O → CaSO
3
.2H
2
O↓
CaCO
3
+ SO
2
+ 2 H
2
O → CaSO
3
.2H
2
O↓ + CO
2
CaSO
3
.2 H
2
O + ½ O
2
→ CaSO
4
.2H
2
O↓
Sơ ñồ công nghệ hấp thụ bằng sữa vôi - Hình 7.4


Khí thải ñã loại bụi dẫn vào tháp hấp thụ từ phía dưới, huyền phù sữa vôi hay
ñá vôi ñược phun từ phía trên ñể phản ứng với SO
2
trong khí thải

Ở bể thu dưới ñáy tháp, vôi hay ñá vôi ñược bổ sung cùng nước lắng và nước
bổ sung; một phần huyền phù ñược bơm sang bể làm ñặc; một phần bơm lên
ñể phun vào tháp

Bùn từ bể làm ñặc ñược lọc và trộn với tro bay, sau ñó ñưa ñi tái sử dụng hay
thải bỏ.

Có thể loại ñến 95% SO
2

Vấn ñề: an mòn, ñóng cắn thiết bị; tạo ra lượng bùn lớn
M
ộ
t s
ố
d
ạ
ng công ngh
ệ
x
ử
lý SO
2
b

ằ
ng h
ấ
p th
ụ
kh
á
c: vôi/sô ña, phun vôi khô,
…
(xem t
à
i li
ệ
u
tham kh
ả
o, v
í
d
ụ
:
)
21
41
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Hình 7.4
. Sơ ñồ công nghệ xử lý SO
2

bằng hấp thụ với vôi/ñá vôi
(Nguồn: Environmental Engineers’ Handbook, CRC Press, 1999)
42
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.2.4. Xử lý NO
x
Công nghệ mới gần ñây xử lý NO
x
bằng cách oxy hóa NO
x
bằng O
3
ở nhiệt
ñộ thấp (150
o
C) ñến N
2
O
5
, sau ñó hấp thụ N
2
O
5
bằng H
2
O.
NO + O
3

→
NO
2
+ O
2
NO
2
+ O
3
→
N
2
O
5
+ O
2
N
2
O
5
+ H
2
O
→
HNO
3
Sơ ñồ công nghệ - Hình 7.5
Sử dụng tháp hấp thụ dạng
phun ngược dòng, dùng dung
dịch NaOH ñể trung hòa acid

tạo thành.
Hiệu suất loại NO
x
có thể ñạt
99%
Hình 7.5.
Sơ ñồ công nghệ xử lý NO
x
bằng oxy hóa-
hấp thụ
(Nguồn: Schnelle, Karl B. Air pollution control
technology handbook, CRC Press, 2002)
22
43
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.3.Phương pháp hấp phụ
7.3.1.Nguyên tắc xử lý
Sử dụng chất hấp phụ giữ lại các khí
ñộc hại khi cho khí thải ñi qua.
Các chất hấp phụ: than hoạt tính
(PAC, GAC); silicagen; nhôm oxit hoạt
tính; rây phân tử.
Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình
hấp phụ:

Nhiệt ñộ

Áp suất


Tốc ñộ dòng khí thải

Chiều sâu lớp hấp phụ

ðộ ẩm khí thải

Các chất ô nhiễm khác
ðối tượng xử lý: các VOC, H
2
S, Cl
2
,
NH
3
,…
Bảng 7.6.
Khả năng hấp phụ tối ña của than
hoạt tính với các chất khí khác nhau ở 20
o
C, 1
atm
44
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.3.2.Thiết bị xử lý
Nhóm hấp phụ không tái sinh:

Thiết bị hấp phụ phẳng (flat adsorber)


Thiết bị hấp phụ ống (cylindrical adsorber)

Thiết bị hấp phụ nếp gấp (pleated adsorber)

Thiết bị hấp phụ dạng hộp (canister adsorber)
Nhóm hấp phụ có tái sinh

Thiết bị với lớp hấp phụ cố ñịnh (fixed bed adsorber)

Thiết bị với lớp hấp phụ di chuyển (moving bed adsorber)

Thiết bị với lớp hấp phụ kiểu tầng sôi (fluidized bed adsorber)
Vận hành thiết bị hấp phụ có tái sinh

Thường ñược lắp ñặt thành 2 ñơn nguyên song song.

Khi ñơn nguyên thứ nhất ñạt ñến ñiểm tới hạn, khí thải ñược ñiều khiển sang
ñơn nguyên thứ hai bằng hệ thống van chuyển

Hơi nước dẫn vào ñơn nguyên thứ nhất ñể giải hấp

Hơi nước chứa khí giải hấp ñược dẫn qua thiết bị ngưng tụ ñể thu hồi.
Khí thải thường ñược ñưa vào thiết bị từ trên xuống hơn là từ dưới lên, ñể
tránh sự thoát ra ngoài của chất hấp phụ (hạt than).
23
45
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI

Hình 7.6.
Một số dạng thiết bị hấp phụ xử lý khí
a) thiết bị hấp phụ phẳng
(có thể làm việc với Q = 9,4 m
3
/s)
b) thiết bị hấp phụ lớp cố ñịnh có tái sinh
(chiều dày lớp hấp phụ = 0,3 - 1,2 m; v
g
= 6,0 -
30 m/min)
46
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.3.3.Xử lý các chất hữu cơ bay hơi (VOC)
Với quy mô nguồn thải nhỏ - thường dùng các thiết bị hấp phụ không tái sinh; với
quy mô nguồn thải lớn – dùng các thiết bị hấp phụ tái sinh.
Bảng 7.7.
Các ñiều kiện vận hành thiết bị hấp phụ VOC có tái sinh
Ngoài ra: - ðộ ẩm khí thải cần giảm < 50% ñể tránh sự hấp phụ cạnh tranh với VOC
- Nhu cầu hơi nước cho tái sinh = 0,35 - 1 kg/kg carbon tùy nồng ñộ VOC ñầu ra.
*HAZ: chiều cao vùng hấp phụ (Nguồn: Environmental Engineers’ Handbook, CRC Press, 1999)
24
47
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Một số sơ ñồ công nghệ xử lý VOC bằng than hoạt tính
Nguồn: Schnelle, Karl B. Air pollution control technology handbook, CRC Press, 2002)

Hình 7.7.
Hệ thống với lớp hấp phụ cố ñịnh có tái sinh bằng hơi nước và thu hồi VOC
48
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
Hình 7.8.
Hệ thống với lớp hấp phụ cố ñịnh, tái sinh bằng không khí nóng và oxy
hóa nhiệt VOC.
(Nguồn: Schnelle, Karl B. Air pollution control technology handbook, CRC Press, 2002)
25
49
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.4. Phương pháp ñốt
7.4.1.Nguyên tắc xử lý
Ở nhiệt ñộ ñủ cao, các hơi hữu cơ trong khí thải bị oxy hóa tạo thành CO
2
,
H
2
O,… và tỏa nhiệt.
ðối tượng xử lý: VOC, ñặc biệt các hydrocarbon
Khi các VOC có chứa S, N, Cl sẽ tạo thành sản phẩm SO
2
, NO
x
, HCl
Các yếu tố ảnh hưởng:


3T: Nhiệt ñộ (Temperarure), thời gian (Time), xáo trộn (Turbulence)

Nhu cầu oxy

Giới hạn cháy (LEL)
Phân biệt:

ðốt cháy trực tiếp (thành ngọn lửa)

ðốt cháy trong buồng ñốt

ðốt cháy có xúc tác hay phân hủy xúc tác
50
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Phần C. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI
Chương 7. XỬ LÝ CÁC KHÍ ðỘC HẠI
7.4.2.Phương pháp ñốt trực tiếp (Flaring)
ðốt cháy khí thải thành ngọn lửa
Áp dụng cho khí thải dễ cháy (từ nhà máy lọc dầu, hóa chất, khí bãi rác)
Có thể:

ñốt trên mặt ñất (ground-level flare)

ñốt trên cao (elevated flare)
Sơ ñồ ñốt trên cao có hỗ trợ bởi hơi nước ở Hình 7.9.
Tốc ñộ dòng khí lớn nhất phụ thuộc vào nhiệt trị của khí theo phương
trình:
(7.1)
V

max
: tốc ñộ khí lớn nhất, ft/s (1 ft/s = 0,3 m/s)
B
v
: nhiệt trị của khí, BTU/ft
3
(1 BTU/ft
3
=37,26 kJ/m
3
)
Tốc ñộ dòng khí thiết kế = 80% tốc ñộ khí lớn nhất