nghiên cứu khả năng xử lý khí H2S và Nh3 phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN MÔI TRƯỜNG & PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG





ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP KHOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KHÍ H
2
S VÀ NH
3

PHÁT SINH TỪ CÔNG ĐOẠN SẤY THỨC ĂN GIA SÚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ






Chủ nhiệm đề tài: Ngô Thúy An


Long Xuyên, tháng 9 năm 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN MÔI TRƯỜNG & PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG





ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP KHOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KHÍ H
2
S VÀ NH
3

PHÁT SINH TỪ CÔNG ĐOẠN SẤY THỨC ĂN GIA SÚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ




SVTH: Ngô Thúy An GVHD: Th.s Nguyễn Trần Nhẫn Tánh
Ks. Trương Khanh Nhật Thảo
Ks. Phan Phước Toàn


Long Xuyên, tháng 9 năm 2010

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Long xuyên, ngày…..tháng…..năm 2010
Giảng viên hướng dẫn




Th.s Nguyễn Trần Nhẫn Tánh


LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, ngành chế biến thức ăn gia súc từ phụ phẩm cá tra, cá basa ở An
Giang phát triển mạnh. Tận dụng được nguồn nguyên liệu giá rẻ, thị trường đầu ra ổn định và chi
phí đầu tư thấp nên các cơ sở thuộc loại hình này mọc lên theo cách tự phát ngày càng nhiều. Vấn
đề môi trường chính tại đây là không khí trong và xung quanh các cơ sở chế biến bị ô nhiễm do
mùi hôi phát sinh từ quá trình sản xuất. Thành phần khí thải phát sinh là một hỗn hợp khí độc,

trong đó khí H
2
S và NH
3
được nhiều quan tâm do gây mùi hôi khó chịu. Do đó, nhu cầu về một
hệ thống xử lý triệt để khí H
2
S và NH
3
phát sinh nhưng phải đáp ứng các yếu tố kinh tế (chi phí
đầu tư, vận hành thấp) và đảm bảo các tiêu chuẩn Việt Nam về môi trường không khí ngày càng
tăng. Trước nhu cầu đó, việc “nghiên cứu xử lý khí H
2
S và NH
3
phát sinh từ quá trình sấy thức ăn
gia súc bằng phương pháp hấp thụ” được tiến hành. Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ giúp
giải quyết triệt để các vấn đề về môi trường không khí, đáp ứng nhu cầu xã hội trong tỉnh nói
riêng và trên cả nước nói chung.
Với mục tiêu đáp ứng nhu cầu nêu trên, việc nghiên cứu sẽ tập trung vào những vật liệu
phổ biến, cho hiệu quả xử lý cao. Do đó, khả năng triển khai ứng dụng của đề tài rất lớn, nhờ vào:
− Chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng thấp.
− Kỹ thuật đơn giản.
−
Hiệu quả xử lý phù hợp Quy chuẩn Việt Nam hiện hành về môi trường không khí.
Thêm vào đó, nghiên cứu sẽ xác định được hiệu quả xử lý khí thải của KMnO
4
và
K
2

Cr
2
O
7
. Đây là hai hóa chất khá phổ biến, vì vậy, đề tài sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho
những nghiên cứu khác liên quan đến hấp thụ và hai loại hóa chất nêu trên.
Vì vậy, việc nghiên cứu thành công đề tài là giải pháp đáp ứng được ba yếu tố xã hội,
kinh tế và khoa học.
i



MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................................... i
MỤC LỤC........................................................................................................................................ ii
TÓM TẮT ....................................................................................................................................... iv
DANH SÁCH BẢNG....................................................................................................................... v
DANH SÁCH HÌNH....................................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................................................. 1
1.2 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU................................................................................................ 2
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................................................. 2
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................................. 2
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ........................................................................................................... 3
2.1 ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ HYDRO SUNFUA H
2
S VÀ AMONIAC NH
3
............................... 3
2.1.1 Khí hydro Sunfua H

2
S................................................................................................. 3
2.1.2 Khí Amoniac ...............................................................................................................3
2.2 LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ .................................................................. 4
2.2.1 Phương pháp hấp thụ................................................................................................... 4
2.2.2 Tháp hấp thụ................................................................................................................ 5
a. Cấu tạo tháp đệm ........................................................................................................ 5
b. Vật liệu đệm ............................................................................................................... 6
c. Ưu, nhược điểm và ứng dụng ..................................................................................... 6
d. Vật liệu hấp thụ .......................................................................................................... 7
2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ H
2
S VÀ NH
3
.............................................................. 7
2.3.1 Cơ sở lý thuyết............................................................................................................. 7
a. Hấp phụ H
2
S bằng NaOH ........................................................................................... 7
b. Khử NH
3
và H
2
S bằng KMnO
4
hay K
2
Cr
2
O

7
............................................................. 7
2.3.2 Kết quả thực nghiệm.................................................................................................... 9
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................... 10
3.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH (TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHÍNH) ...................................... 10
3.1.1 Công thức tính toán ................................................................................................... 10
3.1.2 Mô hình thí nghiệm ................................................................................................... 11
ii


3.2 QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM.............................................................................................. 13
3.2.1 Giai đoạn 1: Tạo dòng khí thải chứa H
2
S và NH
3
tại phòng thí nghiệm................... 13
3.2.2 Giai đoạn 2: Xác định nồng độ khí đưa vào mô hình xử lý....................................... 13
3.2.3 Giai đoạn 3: Khảo sát hiệu quả hấp thu khí thải của K
2
Cr
2
O
7
, KMnO
4
.................... 13
3.3 PHƯƠNG TIỆN VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................. 13
3.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................................................. 13
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................ 14
4.1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH............................................................... 14

4.1.1 Tính toán lớp đệm...................................................................................................... 14
4.1.2 Vận tốc khí làm việc thích hợp trong tháp ................................................................ 14
4.1.3 Đường kính tháp........................................................................................................ 16
4.1.4 Chiều cao tháp ........................................................................................................... 16
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.................................................................................................. 17
4.2.1 Kết quả đo giá trị đầu vào.......................................................................................... 17
4.2.2 Hiệu quả xử lý khí NH
3
............................................................................................. 17
4.2.3 Hiệu quả xử lý khí H
2
S.............................................................................................. 19
4.2.4 Ưu và nhược điểm của đề tài nghiên cứu.................................................................. 20
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 22
5.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 22
5.2 KIẾN NGHỊ........................................................................................................................ 22
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 23
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 24
iii



TÓM TẮT

Đề tài tập trung nghiên cứu khả năng xử lý khí H
2
S và NH
3
trong quá trình sấy thức ăn gia
súc bằng phương pháp hấp thụ mà cụ thể là: xây dựng mô hình xử lý khí thải chứa H

2
S và NH
3

phát sinh từ quá trình sấy thức ăn gia súc; sau đó, tiến hành khảo sát xác định hiệu quả xử lý khí
H
2
S và NH
3
của các chất oxi hóa mạnh như: KMnO
4
và K
2
Cr
2
O
7
thông qua 10 nghiệm thức.
Sau quá trình thực nghiệm, nhận thấy hiệu quả xử lý H
2
S và NH
3
thông qua một số nghiệm
thức khá cao. Trong cùng một chỉ tiêu như H
2
S hay NH
3
, thí nghiệm A luôn cho hiệu suất xử lý
cao hơn thí nghiệm B. Mặt khác, hiệu quả xử lý khí thải tăng dần theo nồng độ chất hấp thụ.
Từ kết quả nghiên cứu, có thể rút ra ưu và nhược điểm của đề tài như sau:

Ưu điểm:
−
Hiệu quả xử lý khí thải cao:
+
Hiệu suất xử lý NH
3
đạt 93,02% với hóa chất hấp thụ là KMnO
4
0,01M
+
Hiệu suất xử lý H
2
S đạt 95,48% với hóa chất hấp thụ là KMnO
4
0,01M
−
Tiết kiệm chi phí do chỉ cần dùng chất hấp thụ với nồng độ thấp.
−
Vận hành đơn giản, ít cặn lắng.
Nhược điểm:
Tạo chất thải thứ cấp độc hại là Cr
3+
và Mn
2+
. Tuy nhiên chất thải phát sinh với khối
lượng nhỏ và nồng độ thấp, nằm trong giới hạn cho phép.


iv

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện.........................................................................................................2
Bảng 2.1: Phần trăm hiệu quả xử lý H
2
S và NH
3
qua các hóa chất (%).........................................9
Bảng 3.1: Các công thức tính toán tháp hấp thụ ...........................................................................10
Bảng 3.2: Chức năng và vật liệu dự kiến của một số thiết bị trong mô hình................................12
Bảng 4.1: Thông số thiết kế lớp vật liệu đệm...............................................................................14
Bảng 4.2: Tính toán vận tốc khí làm việc thích hợp trong tháp hấp thụ.......................................15
Bảng 4.3: Thông số thiết kế đường kính tháp...............................................................................16
Bảng 4.4: Thông số thiết kế chiều cao tháp hấp thụ.....................................................................16
Bảng 4.5: Giá trị H
2
S và NH
3
đầu vào..........................................................................................17
Bảng 4.6: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH
3
ở thí nghiệm A...............................................18
Bảng 4.7: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH
3
ở thí nghiệm B ...............................................19
Bảng 4.8: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H
2
S ở thí nghiệm A................................................20

Bảng 4.9: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H
2
S ở thí nghiệm B................................................20

v


vi


DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Hai lớp biên ngăn cách giữa pha khí và lỏng .................................................................4
Hình 2.2: Cấu tạo tháp hấp thụ .......................................................................................................5
Hình 2.3: Vật liệu đệm ...................................................................................................................6
Hình 2.4: Hệ thống phân phối chất lỏng.........................................................................................6
Hình 3.1: Mô hình hệ thống xử lý khí H
2
S và NH
3
......................................................................11
Hình 4.1: Hiệu suất xử lý khí NH
3
theo các nồng độ KMnO
4
và K
2
Cr
2
O

7
..................................17
Hình 4.2: Hiệu suất xử lý khí H
2
S theo các nồng độ KMnO
4
và K
2
Cr
2
O
7
...................................19




GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 1
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản và chế biến thức ăn gia súc tại An Giang phát
triển mạnh, mang lại diện mạo mới cho nền kinh tế tỉnh nhà. Tuy nhiên, song song với sự phát
triển đó là việc bùng nổ các vấn đề môi trường mà đặc biệt là môi trường không khí.
Thành phần khí thải của các nhà máy chế biến thức ăn gia súc bao gồm: C
x
H
y

, NO
x
, SO
2
,
NH
3
, H
2
S,…Trong đó, khí H
2
S và NH
3
được quan tâm nhiều nhất vì mùi hôi đặc trưng của nó,
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống của cộng đồng dân cư sống lân cận các
nhà máy, xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc. Vì vậy, nó trở thành vấn đề môi trường vô cùng cấp
thiết và mang tính thời sự của tỉnh An Giang.
Nhận thấy tình hình trên, nhiều đơn vị cũng như cá nhân tiến hành nghiên cứu xử lý loại khí
thải gây mùi khó chịu này. Là sinh viên cuối khóa ngành kỹ thuật môi trường, chúng tôi đã chọn
“Nghiên cứu khả năng xử lý một số khí thải gây mùi phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc
bằng phương pháp hấp thụ và hấp phụ” làm đề tài tốt nghiệp đại học. Sau quá trình nghiên cứu,
đề tài trên đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới như: nghiên cứu xử lý chuyên sâu một hoặc hai
loại khí thải trong tổng thành phần khí thải phát sinh từ sấy thức ăn gia súc, nghiên cứu với loại
vật liệu hấp thụ mới để nâng cao hiệu quả xử lý khí thải, nghiên cứu đơn nhất một phương pháp
hấp thụ hoặc hấp phụ để xử lý khí thải từ đó giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị, chi phí hóa chất
vận hành,….
Xuất phát từ hướng đi và tình hình trên, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu xử lý khí H
2
S và
NH

3
phát sinh trong quá trình chế biến thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ” nhằm nâng
cao tính chuyên sâu về phương pháp xử lý khí thải đặc thù ngành chế biến thức ăn gia súc.
1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tập trung vào các đối tượng như sau:
− Khí H
2
S và NH
3
phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc với nguyên liệu từ phụ phẩm
cá tra, cá basa.
− Một số hóa chất hấp thụ như: K
2
Cr
2
O
7
và KMnO
4
.


GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 2
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn

1.2 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Thời gian nghiên cứu 4,5 tháng, chia thành 5 giai đoạn
Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện
Stt Nội dung thực hiện Kết quả phải đạt Thời gian

1 Lược khảo các tài liệu có liên quan,
khảo sát sơ bộ, soạn đề cương.
Nắm được thông tin,
phương pháp thực hiện
đề tài.
4 tuần
(01/03 – 29/03/10)
2 Tính toán và lắp mô hình xử lý khí
H
2
S và NH
3
.
Tạo được mô hình. 4 tuần
(30/03 – 27/04/10)
3 Chạy mô hình và phân tích nồng độ
khí đầu
Số liệu, kết quả khảo 2 tuần
(28/04 – 12/05/10)
4 Khảo sát hiệu quả hấp thu khí H
2
S
và NH
3
bằng K
2
Cr
2
O
7

và KMnO
4
.
Số liệu, kết quả khảo sát 4 tuần
(13/05 – 10/06/10)
5 Tổng hợp số liệu, viết báo cáo. Bài báo cáo hoàn chỉnh 4 tuần
(11/06 – 09/07/10)
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nhằm nghiên cứu khả năng xử lý khí H
2
S và NH
3
trong quá trình sấy thức ăn gia súc
bằng phương pháp hấp thụ.
Mục tiêu cụ thể
:
− Xây dựng mô hình xử lý khí H
2
S và NH
3
sinh ra từ quá trình sấy thức ăn gia súc, làm thiết
bị thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Khoa Kỹ thuật – Công nghệ –
Môi trường.
− Xác định hiệu quả xử lý khí H
2
S và NH
3
của các chất oxy hóa mạnh như: KMnO
4
và

K
2
Cr
2
O
7
. Thông qua nghiên cứu, có thể xác định nồng độ hóa chất thích hợp cho việc hấp
thụ 2 khí trên.
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
− Tính toán sơ bộ và lắp mô hình xử lý khí H
2
S và NH
3
.
− Xác định nồng độ khí H
2
S và NH
3
sinh ra từ quá trình sấy thức ăn gia súc.
− Lần lượt khảo sát hiệu quả hấp thu khí H
2
S và NH
3
bằng chất oxy hóa mạnh như: KMnO
4

và K
2
Cr
2

O
7
với các nồng độ khác nhau.


GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 3
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
− Đánh giá hiệu quả xử lý.



GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 4
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN

2.1 ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ HYDRO SUNFUA H
2
S VÀ AMONIAC NH
3

2.1.1 Khí hydro Sunfua H
2
S
Trong các hợp chất khí của lưu huỳnh, khí H
2
S là một khí quan trọng vì ý nghĩa môi trường
của nó. Khí H

2
S phát sinh chủ yếu từ quá trình phân hủy hữu cơ, có mùi hôi đặc trưng và gây ra
nhiều tác hại đến sức khỏe con người, hệ động thực vật. Chính vì vậy, từ nhiều thập niên trước,
các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu về loại khí độc hại này. Kết quả của nhiều quá trình
nghiên cứu đã chứng minh được nguồn gốc phát sinh, tính chất vật lý cũng như tác động đến môi
trường của chúng:
− Nguồn phát sinh: Trong công nghiệp, khí sunfua hydro xuất hiện trong khí thải các quá
trình sử dụng nhiên liệu hữu cơ chứa sunfua, các quá trình tinh chế dầu mỏ, các quá trình tái sinh
sợi, hoặc trong công nghiệp chế biến thực phẩm,… (Đặng Kim Chi, 2001). Ngoài ra, H
2
S còn
phát sinh từ rác thải sinh hoạt, rác công nghiệp,… Trong tự nhiên, H
2
S có trong nước suối, bờ
biển, ao tù, trong khí núi lửa, các hầm lò khai thác than, khí thoát ra từ các chất protein bị thối
rữa,…(Phạm Ngọc Đăng, 2003).
− Tính chất vật lý: Theo Lê Xuân Trọng (2007), hiđro sunfua là khí không màu, mùi trứng
thối. H
2
S dễ bay hơi hơn so với nước, vì thực tế không tạo thành liên kết hiđro giữa các phân tử
H
2
S. Khí H
2
S ít tan trong nước: ở 20
0
C và 1at độ tan S = 0,38 g/100g nước.
− Ý nghĩa môi trường: Khí H
2
S rất độc, chỉ cần nồng độ bằng 5 ppm đã gây ngộ độc, chóng

mặt, nhức đầu. Ở nồng độ lớn hơn 150 ppm, có thể gây tổn thương màng nhầy của cơ quan hô
hấp. Với nồng độ 500 ppm, gây viêm phổi và tiêu chảy. Tiếp xúc ngắn với khí hiđro sunfua ở
nồng độ từ 700 – 900 ppm thì chúng sẽ nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi, xâm nhập vào
mạch máu và gây tử vong (Đặng Kim Chi, 2001). Ngoài ra, hiđro sunfua còn làm tổn thương lá,
rụng lá và làm giảm khả năng sinh trưởng của thực vật.
2.1.2 Khí Amoniac
Amoniac là một loại khí độc, ảnh hưởng chủ yếu đến đường hô hấp. Từ xưa, người ta đã biết
đến loại khí này vì chúng khá phổ biến trong cuộc sống thường nhật. Tính đến nay, ngoài các
công trình khử ammoniac còn có rất nhiều nghiên cứu thu hồi để tổng hợp nên các loại phân bón
cho cây trồng.
− Nguồn phát sinh: Theo Đặng Kim Chi (2001), amoniac có trong hệ thống thiết bị làm
lạnh, các nhà máy hóa chất sản xuất phân đạm, sản xuất axit nitric, các quá trình phân giải chất
hữu cơ động thực vật,…
− Tính chất vật lý: Amoniac là một khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí
(khối lượng riêng D = 0,76g/l). Amoniac hoá lỏng ở –34
0
C và hoá rắn ở –78
0
C. Trong số các khí,
amoniac tan được nhiều nhất trong nước với 1 lít nước ở 20
0
C hoà tan được khoảng 800 lít NH
3
(Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, 2008).


GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 5
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
− Ý nghĩa môi trường: Amoniac gây viêm đường hô hấp, gây loét giác mạc, thanh quản, khí

quản. Đối với thực vật, ở nồng độ cao, NH
3
gây bệnh trắng bạch, đốm lá, giảm tỉ lệ nảy mầm hạt
giống và thân cây bị lùn.


GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 6
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
2.2 LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Hấp thụ là hiện tượng hòa tan một chất khí vào một chất lỏng. Quá trình ngược lại, chất khí
tan tách khỏi chất lỏng gọi là quá trình giải hấp thụ. Theo Lương Đức Phẩm (2009), khả năng hấp
thụ của một hệ phụ thuộc vào tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ. Khi tồn tại trong
chất lỏng, chất bị hấp thụ xảy ra một phản ứng hóa học nào đó, dẫn đến thay đổi bản chất hóa học
của nó thì hệ đó được gọi là hấp thụ hóa học. Nếu giữ nguyên bản chất thì hệ đó được gọi là hệ
hấp thụ vật lý.
2.2.1 Quá trình hấp thụ
Theo Trần Ngọc Chấn (2001), hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng
rất nhiều trong các công nghệ khác. Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối, nghĩa là có
sự vận chuyển của pha này vào pha khác. Cơ cấu của quá trình truyền khối này gồm 3 bước:
− Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng
hấp thụ.
− Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ.
− Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu bên trong lòng khối chất
lỏng hấp thụ.
Lớp biên ngăn cách giữa các pha khí và lỏng gồm hai lớp: một lớp biên khí và một lớp biên
lỏng được gọi là lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng).

Hình 2.1: Hai lớp biên ngăn cách giữa pha khí và lỏng (Trần Ngọc Chấn, 2001)
Để trao đổi một lượng khí thải vào chất lỏng hấp thụ, cần phải trao đổi các phân tử qua vùng

ranh giới gọi là lớp biên. Các phân tử đi qua lớp biên từ cả hai phía, một số từ phía chất khí, một
số từ phía chất lỏng. Cường độ trao đổi thực phụ thuộc vào các yếu tố tác động như: nhiệt độ, áp
suất, nồng độ, độ hòa tan. Nồng độ phân tử khí phụ thuộc vào cả hai hiện tượng khuếch tán:


GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 7
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
khuếch tán rối và khuếch tán phân tử. Thông thường, khuếch tán rối có tác dụng làm cho nồng độ
phân tử được khuếch tán đều trong khối khí còn khuếch tán phân tử có tác dụng làm cho các phân
tử khí chuyển động về phía lớp biên. Ở phía chất lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như trên.
Nếu các phân tử khí đi qua lớp biên và đi vào chất lỏng có phản ứng hóa học với chất lỏng hoặc
được giữ lại bằng các quá trình vật lý làm cho chúng không thể quay lại khối khí thì cường độ
hấp thụ thực của khí vào chất lỏng sẽ tăng.
Cường độ trao đổi chất từ pha này qua pha kia tỉ lệ thuận với diện tích tiếp xúc giữa hai pha.
Do đó, trong tất cả các kỹ thuật hấp thụ đều được tính toán thiết kế sao cho diện tích tiếp xúc giữa
hai pha là lớn nhất.
2.2.2 Tháp hấp thụ
Tháp hấp thụ là dạng phổ biến dùng trong kỹ thuật hấp thụ cũng như một số quá trình khác
như: giải nhiệt, xử lý theo phương pháp vi sinh,…Các loại tháp hấp thụ phổ biến là: Tháp màng,
tháp đệm, tháp đĩa, tháp phun,…Theo nghiên cứu này, sẽ nghiên cứu xử lý khí thải trên mô hình
ứng dụng của tháp đệm.
a. Cấu tạo tháp đệm
Thân tháp rỗng, bên trong đổ đầy đệm làm từ nhiều loại vật liệu đa dạng (gỗ, nhựa, kim
loại, gốm,...) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo,...); lưới đỡ đệm; ống
dẫn khí và lỏng vào ra.

Hình 2.2: Cấu tạo tháp hấp thụ. Nguồn:http://environment-
safety.com/courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm

GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 8
Ks Trương Khanh Nhật Thảo
Ks Phan Phước Toàn
b. Vật liệu đệm
Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính, chiều cao, bề dày. Khối đệm được
xác định bằng các kích thước: bề mặt riêng, thể tích tự do, đường kính. Khi chọn đệm cần lưu ý
các yếu tố: Thấm ướt tốt chất lỏng, trở lực nhỏ, thể tích tự do và và tiết diện ngang lớn, khối
lượng riêng nhỏ, phân phối đều lỏng, có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm...


Hình 2.3: Vật liệu đệm. Nguồn: http://environment-
safety.com /courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm
Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân
phối dạng: Lưới phân phối, màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe),…

Hình 2.4: Hệ thống phân phối chất lỏng. Nguồn: http://environment-
safety.com /courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm
c. Ưu, nhược điểm và ứng dụng
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ.
Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm
ướt.
Ứng dụng: Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,...
Trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không,...)