Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ

Đề tài: Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ

Mục lục :
I.
II.

III.

IV.

Tiếp cận vấn đề
1. Thế nào là ô nhiễm không khí
2. Các phương pháp xử lý khí thải hiện nay, ưu nhược điểm
Tìm hiểu về hấp phụ
1. Định nghĩa hấp phụ
2. Cơ chế của hấp phụ
3. Phân loại
- Hấp phụ vật lý
- Hấp phụ hóa học
4. Đặc tính của vật liệu hấp phụ
5. Các yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ
6. Một số loại vật liệu hấp phụ
Xử lý khí thải
1. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ
2. Cách tiến hành
3. Nguyên lý của hấp phụ khí thải
4. Phạm vi áp dụng trong xử lý khí thải
5. Các yếu tố ảnh hưởng
6. Một số quá trình hấp phụ khí
7. Các chu trình công nghệ có áp dụng hấp phụ trong thực tế
Những ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý bằng hấp phụ

1


I.
Tiếp cận vấn đề
1. Ô nhiễm không khí : Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần
của không khí hoặc có sự xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không sạch, có sự
tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và
sinh vật.
Nguồn gây ô nhiễm không khí có thể do tự nhiên hoặc con người gây ra, trong
khuôn khổ bài tiểu luận hôm nay, chúng tôi sẽ đề cập đến phương pháp xử lý khí
thải bằng phương pháp hấp thụ với khi thải chủ yếu từ hoạt động sản xuất của con
người ( So2, Co .. )

Bảng 1: Lượng khí phát thải các chất ô nhiễm chủ yếu từ ấc nguồn thiên nhiên và nhân tạo
( ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1 – GS.Ts.Trần Ngọc Chấn )

2. Các phương pháp xử lý khí thải hiện nay
2


Hiện nay có rất nhiều phương pháp để có thể xử lý khí thải, nhưng đều qui về
bốn hướng xử lý chính:
+hấp thụ: Phương pháp này sử dụng các chất hấp thụ như dung môi, nước, các
hợp chất để hấp thụ. Phương pháp này sử dung đối với các dung môi hữư cơ,
không khí chứa hơi a-xít,…
+ngưng tụ: Hỗn hơp khí được làm lạnh xuống dưới điểm sôi của chất ô nhiễm.
Chất ô nhiễm sẽ bị ngưng tụ và tách ra khỏi hỗn hợp khí dưới dạng lỏng
+oxy hóa khử: Oxy hóa các chất o onhieemx khí thành dạng không độc hoặc ít

độc hơn ở nhiệt độ cao ( bằng cách đốt ) hoặc ở nhiệt độ thấp ( bằng quá tình sinh
học )
+hấp phụ: là quá trình hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề
mặt. Vật liệu xốp được gọi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ
Mỗi phương pháp xử lý khí thải có những ưu nhược điểm nhất định về hiệu suất
xử lý, loại hình khí thải xử lý, độ hoàn nguyên vật liệu hấp phụ, chi phí đầu tư dây
chuyền sản xuất, Trong khuôn khổ bài tiểu luận hôm nay, chúng ta sẽ đi sâu tìm
hiểu về phương pháp hấp phụ, ưu nhược điểm của phương pháp này trong xử lý
khí thải.

3


II.
Tìm hiểu về hấp phụ
1. Hấp phụ là gì: như đã đề cập ở trên, hấp phụ là quá trình hút các chất trên bề mặt
các vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt. Vật liệu xốp được gọi là chất hấp phụ, chất bị
hút gọi là chất bị hấp phụ
“Hấp phụ là hiện tượng phân tử chất khí, lỏng các ion được giữ lại trên bề mặt
phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là lớp khí -lỏng, lỏng - lỏng, khí -rắn
và lỏng-rắn.”
Dưới đây là hình ảnh ví dụ về chất hấp phụ ( cacbon hoạt tính )

Hình 1: than hoạt tính hấp phụ khí gas

2. Cơ chế hấp phụ:
4


Quá trình 1: Sự khuếch tán chất đến bề mặt vật liệu hấp phụ

Quá trình 2: Sự di chuyển chất đến mao quản của vật liệu hấp phụ
Quá trình 3: Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bão hòa dần từng phần không gian
hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ , nên luôn kèm
theo sự tỏa nhiệt . Hiệu ứng này rất đáng kể khi hấp phụ khí
3. Phân loại :
3.1. Hấp phụ hóa học:
Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học. Hấp
phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt hấp phụ
hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học. Hấp phụ hóa
học thường kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn được gọi là hấp phụ
hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thể. Hấp phụ
hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.
Đặc trưng của hấp phụ hóa học:
• Xảy ra ở nhiệt độ cao
• Tương tác: mạnh, xảy ra liên kết cộng hóa trị giữa chất bị hấp phụ và bề mặt
• Entanpi cao: 50 kJ/mol < ΔH < 800 kJ/mol
• Chỉ xảy ra hấp phụ đơn lớp
• Có năng lượng hoạt hóa cao
• Mật độ electron tăng lên ở bề mặt phân cách chất hấp phụ-chất bị hấp phụ
• Chỉ xảy ra thuận nghịch ở nhiệt độ cao
3.2. Hấp phụ vật lý:
Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và
không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên
kết Van Đơ Van, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London. Hấp phụ vật lý
xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thường nhỏ hơn so với hấp phụ hóa học,
khoảng dưới 20 kJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước trên
bề mặt silicagen.
Đặc trưng của hấp phụ vật lý
• Xảy ra ở nhiệt độ thấp, dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ
• Loại tương tác: Tương tác giữa các phân tử

• Entanpi thấp: ΔH < 20 KJ/mol
• Xảy ra hấp phụ đa lớp
• Năng lượng hoạt hóa thấp
• Năng lượng trạng thái của chất bị hấp phụ không thay đổi
5


• Thuận nghịch

Loại liên kết
Nhiệt hấp phụ
Năng lượng hoạt hóa
Khoảng nhiệt độ hấp phụ
Số lớp hấp phụ
Tính đặc thù
Tính thuận nghịch

Bảng 2: Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
(giáo trình hóa keo đại cương – thư viện học liệu mở Việt Nam)

4. Đặc tính của các loại vât liệu hấp phụ
Các chất hấp phụ thường được ở dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, hoặc đá
nguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 đến 10 mm. chúng phải
chống mài mòn cao, ổn định với nhiệt và đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích bề
mặt do đó tăng khả năng hấp phụ. Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng
biệt với nhau giúp cho chúng có khả năng thoát khí nhanh.
Khi đánh giá một chất hấp phụ, người ta dựa trên các đặc tính sau
• Có khả năng hấp phụ cao: tức là hút được một lượng lớn khí cần khử từ pha khí.
• Phạm vi tác dụng rộng – tách được nhiều loại khí khác nhau.
• Có độ bền cơ học cần thiết: không bị vỡ vụn, nghiền nhỏ trong quá trình vận

chuyển.
• Khả năng hoàn nguyên dễ dàng: có thể được sử dụng lại
6


• Giá thành thấp
Tất cả các yêu cầu trên đều nhắm mục đích tăng hiệu quả xử lí khí tránh ô
nhiễm môi trường đồng thời tiết kiệm chi phí cho quá trình làm việc.
5. Các yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ
Áp suất của chất khí: Áp suất trong trường hợp này được hiểu chính là mật độ
các phân tử khí trên một đơn vị thể tích (trong một thể tích cố định mà nếu mật độ
phân tử khí càng cao thì áp suất càng lớn). Từ đó ta thấy khi số phân tử khí càng
lớn thì sự tiếp xúc được với bề mặt hấp phụ càng lớn. Nên có thể kết luận Áp suất
tăng hấp phụ tăng.
Nhiệt độ: đây là yếu tố thường được duy trì ổn định để được áp dụng các
phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (phương trình là quan hệ của lượng chất hấp phụ,
bị hấp phụ và áp suất (khí) hay nồng độ chất bị hấp phụ (lỏng)). Nhiệt độ ảnh
hưởng đến sự linh động của các phân tử, phân tử càng linh động càng khó đẻ thực
hiện hấp thu chúng (giữ vào bề mặt hấp phụ (trong hấp thụ là bên trong)), ví như
việc ở nhiệt độ tăng thì tăng khối khí nhẹ hơn nên bay lên, hay bên ngoài bề mặt là
sự chuyển động tăng rất khó cho các phân tử ở bề mặt liên kết được với phân tử
khí (các phân tử ở bề mặt chưa cân bằng được lực nên có xu hướng liên kết với các
phân tử khác, nên để liên kết được thì lực này phải lớn hơn lực được tao ra do sự di
chuyển của các phân tử). hay việc nhiệt độ tăng thì bề mật chất hấp phụ cũng tăng
(chắc chắn là không nhiều) điều này có lợi cho cả hấp phụ và nhả hấp phụ. tóm lại
Nhiệt độ tăng hấp phụ giảm.để tính toán ảnh hưởng cụ thể có thể sử dụng biểu thức
Dubinin
Bản chất chất hấp phụ và bị hấp phụ: với chất hấp phụ chính là bề mặt hấp
phụ, được đặc trương bằng đại lương bề mặt riêng (m2/g) bề mặt riêng càng lớn
hấp phụ càng tốt. còn với chất bị hấp phụ chính là việc sự tương thích với chất hấp

phụ, nên mới có chuyện với mỗi loại chất hấp phụ có một danh sách các chất bị
hấp phụ thích hợp với nó, từ đây ta cũng có thể thấy các tính chất hay hiện tượng
nào ảnh hưởng đến tính chất của chất hấp phụ và bị hấp phụ như PH cũng ảnh
hưởng đến hấp phụ.
6. Một số vật liệu hấp phụ
6.1 Than hoạt tính
7


Than hoạt tính là một chất chủ yếu là nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình ,
một phần nữa là dạng vụn tinh thể , vụn gravit. Than hoạt tính là một chất hấp phụ
rắn xốp và không phân cực có bề mặt riêng lớn. Về mặt cấu tạo có thể chia lỗ xốp
thành 3 loại sau
+ dạng vi mao quản có bán kính hiệu dụng cỡ 10 Acó mặt riêng lớn nhất
350-1000 m2/gam và chiếm thành phần chủ yếu trong than hoạt tính
+dạng mao quản trung gian RHD = 100-250 A° có bề mặt riêng không lớn
lắm khoảng 100m2/ gam
+dạng mao quản lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1000-10000 A° dạng
này có bề mặt riêng nhỏ không quá 2 m2/gam
Ưng dụng của than hoạt tính
+môi trường không khí : làm mặt nạ phòng độc , làm sạch mùi khử màu
các sản phầm dầu mỡ , khử các khí độc hại , xử lý ô nhiễm không khí
+môi trường nước : làm sạch nước để uống xử lý nước sinh hoạt xử lý
nước thải của các công trình có cấp độ ô nhiễm thấp , xử lý nước thải công nghiệp ,
xử lý cấp ba nước thải nước thải công nghiệp và đô thị

6.2 Silicagen
Silicagen có công thức hóa học là SiO2.Nh2o
Silicagen là gel của anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển. mạng
lưới của gel bao gồm các nguyên tử Si nằm giữa khối tứ diện nối với nhau thông

qua các nguyên tố Oxy phân bố tại đỉnh
Ứng dụng của silicagen : silicagen thường được sử dụng trong xử lý khí thải ,
nước thải , thường được sủ dụng để hấp phụ rượu, phenol, nước, amin bằng cơ chế
hấp phụ thông qua liên kết hydro . Ngoài ra silicagen còn dung để tách các
hydrocacbon thơm tách các sắc ký của hợp chất hữu cơ. Trong đời sống thường
gặp siicagen ở trong các gói nhỏ của lọ thuốc tây , trong sản phẩm điện tử …
6.3 Zeolit
8


Zeolit là các hợp chất alumoshicat có cấu trúc tinh thể . Tính chất của zeolite
phụ thuộc vào tỉ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng , đồng
thời nó còn chịu ảnh hưởng của các cation kim loại khác được nhận them vào trong
quá trình tạo sản phẩm
Ứng dụng của Zeolit :
+ xử lý không khí : có khả năng hấp phụ rất cao các khí độc , trong nước
có khả năng hấp phụ H2S và trao đổi ion để giữ lại trên bề mặt chất rắn amoniac ,
có khả năng mang vào những vi sinh cần thiết để xử lý mùi hôi mùi khó chịu của
hồ nuôi tôm
+ xử lý nước thải : zeolite được dùng để tách các ion kim loại nặng ,
amoni và các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải và nước sinh hoạt . Khả
năng giữ bẩn của zeolite lớn , clenoptiloit có khả năng lọc các hạt keo hạt huyền
phù có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ . Ngoài ra zeolite có khả năng lọc vi khuẩn
6.4 Bentonit
Bentonit là một khoáng sét tự nhiên mà thành phần chính là montmorillonit có
công thức hóa học tổng quát là .Si.n O và thêm một số khoáng sét khác như saponit
, montronit ..
Bentronit có một số tính chất hóa lý như tính chất trương nở , tính trao đổi ion,
tính chất hấp phụ . Tính chất hấp phụ của bentonit là một trong những tính chất
quan trọng được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng

Ứng dụng : khử trùng nước nhất là những nguồn nước có độ đục cao mà các
phương pháp khử trùng khác không có hiệu quả , làm sạch nước khỏi các hợp chất
hữu cơ , các chất cao phân tử , những hóa chất độc hại của nhà máy xí nghiệp , các
kim loại nặng và phóng xạ . Bentonit còn được sử dụng như một vật liệu xây
dựng , phân loại dầu ,tẩy sạch dầu mỡ làm chất mang trong thuốc trừ sâu
6.5 Biomass
Biomass là một dạng sinh khối có nguồn gốc từ sinh vật sống , trong đó bao
gồm động vật , thực vật và các sản phẩm phụ của nó

9


Ưu điểm nổi bật là sử dụng sinh khối không ảnh hưởng đến lương thực , thực
phẩm nuôi sống con người , và gia súc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu đồng
thời góp phầm giảm thiểu ô nhiễm
Ứng dụng của biomass : loại bỏ phần lớn kim loại nặng trong nước , ứng dụng
phổ biến trong xử lý ô nhiễm dầu , khử mùi hôi xử lý nước thải chăn nuôi
6.6 Bùn đỏ
Bùn đỏ là sản phẩm ( chất thải rắn ) của quá trình khai thác boxit và tinh chế
alumina
Ứng dụng : giảm được chất thải trong quá trình khai thác và chế biến boxit , vừa
tận dụng chất thải trong quá trình khai thác chế biến quặng tạo ra loại vật liệu có
khả năng xử lý ion của các kim loại nặng các chất độc hại khác trong ô nhiễm môi
trường nước

6.7 Nhôm và các oxit nhôm hoạt hóa
Nhôm hoạt hóa là dạng oxit nhôm xốp có diện tích bề mặt lớn và có công thức
nO
Nhôm hoạt hóa có tính phân cực hơn silicagen và phản ánh được tính lưỡng cực
của nhôm

Trong thương mại thì nhôm hoạt hóa có thể thay thế vật liệu zeolite
Ứng dụng : hấp phụ các khí argon, heli, hydro , clo, ankan có khối lượng phân tử
lượng thấp , HCl, S, , nhôm hoạt hóa được sử dụng có hiệu quả được sử dụng nước
có hàm lượng chất rắn hòa tan cao , sử dụng trong sắc ký khí và làm khô một số
chất như hydrocacbon thơm , phân đoạn hydrocacbon thơm
10


Xử lý khí thải

III.

1. Hấp phụ trong xử lý khí thải
Là quá trình phân li khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số
loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá
trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật
liệu rắn.
o Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ
(adsorbent).
o Chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate).
o Những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ.
2. Cách tiến hành
Cho tiếp xúc 2 pha ko hòa tan là pha rắn ( chất hấp phụ) với pha khí . Dung chất
( chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha khí đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dung chất
phân bố giữa 2 pha dạt cân bằng. Bây giờ ta cần phải tiến hành giải thoát dung chất
ra khỏi pha rắn , tức là giải thoát chất ô nhiễm đã bị hấp thụ phụ ra khỏi bề mặt vật
liệu. Quá trình này được gọi là quá trình giải hấp – hoàn nguyên.
3. Nguyên lý của hấp phụ
Là do phân tử hoặc nguyên tử chất hấp phụ chưa bão hòa hóa trị, do lực hóa trị
dư tạo ra liên kết hóa học, khoảng tác dụng của lực này ko lớn hơn đường kính

phân tử do đó chỉ hấp phụ một lớp. Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm
đặc biệt được gọi là tâm hấp phụ.
Bản chất của hấp phụ thực chất là hút các phân tử chất khí lên bề mặt vật liệu và
giữ chúng lại trên bề mặt của chúng.
4.
•
•
•

Phạm vi áp dụng hấp phụ trong xử lý khí thải
Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy
Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi
Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà quá trình khử khí khác không
thể áp dụng

5. Các yếu tố ảnh hưởng
11


• Ảnh hưởng của môi trường
Giữa môi trường và chất tan thường có sự cạnh tranh sự hấp phụ lên bề mặt rắn.
Về mặt nhiệt động học, cấu tạo nào có sức căng bề mặt bé hơn sẽ bị hấp phụ mạnh
hơn lên bề mặt vật rắn. Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động của các yếu tố
khác.
• Ảnh hưởng của bản chất hấp phụ
Bản chất là độ xốp của vậ hấp phụ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ. Vật hấp phụ
không phân cực thì hấp phụ chất không cực tốt, và ngược lại.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất( đối với chất khí thì chỉ chịu ảnh hưởng
của 2 loại này)
Áp suất: áp suất càng cao, khả năng hấp phụ càng tốt.

6. Một số quá trình hấp phụ khí

6.1 Xử lí khí SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

12


Hình 3: Sơ đồ xử lý khí SO2 bằng vôi và dolomoit trộn than nghiền
1.ghi phân phối khí
2.vách ống
3.dàn ống chìm trong lớp than
4.dàn ống chắn
5.dàn ống nhận nhiệt đối lưu
6.dàn ống tận dụng nhiệt
7.xiclon lọc thô
8.thiết bị lọc tinh

Từ lâu người ta đã biết các kim loại kiềm có phản ứng với SO2 để tạo ra các
muối sunfat. Tuy nhiên quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộn bột vôi và
đolomit để khử khí SO2 thì mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện
nay
vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện.
Phản ứng giữa vôi (CaO) và đolimit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như sau:
2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
2CaCO3.MgCO3+ 2SO2 + O2 = 2[CaSO4 + MgO] + 4CO2
Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt đọ 760 – 10400C, còn phản
ứng giữa đolomit và SO2 - ở nhiệt độ 600 – 12000C [11;64].
Có thể nói phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử
khí SO2 thành một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi
phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác.

Than nghiền với cỡ hạt có kích thước trên 6 mm được trộn với vôi bột kích
thước 1,6 – 6 mm đổ thành lớp dầy bên trên ghi phân phối không khí 1. Không khí
được thổi qua lớp ghi từ dưới lên trên với vận tốc trên toàn tiết diện ngang của
13


buồng đốt 0,6 – 4,6 m/s. Không khí xuyên qua lớp than cháy ở nhiệt độ 760 –
10400C làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt nặng và to bốc
lên rồi rơi xuống, còn các hạt mịn bay theo sản phẩm cháy. Lớp than trong buồng
đốt sôi động và do đó người ta gọi là quá trình đốt than “giả hóa lỏng” hoặc “giả
sôi”. Buồng đốt được bao quanh bằng các vách ống 2 để hấp thụ nhiệt bức xạ,
trong đó lưu thông nước và hơi. Ngoài ra, trong lớp than “giả hóa lỏng” còn có thể
bố trí các dãy ống xoắn 3 để nhận nhiệt trực tiếp từ lớp than cháy. Bên trên lớp
than còn được bố trí dãy ống nằm ngang để vừa nhận nhiệt vừa có tác dụng cản trở
không cho các hạt than bốc lên cao và theo khói đi ra ngoài. Trên đường khói bố trí
các dàn ống nhận nhiệt đối lưu và dàn ống tận dụng nhiệt trong khói thải để hâm
nóng nước trước khi đưa vào dàn ống chính. Khói thải đi ra khỏi lò có chứa tro,
các hạt vôi hoặc đolomit và than được lọc bụi cấp thô trong xiclon để thu hồi than
chưa cháy hết, tiếp theo được lọc tinh ở bộ lọc rồi thải khí quyển.
Lớp than nổi bên trên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn một ít than
chưa cháy hết sẽ được thải ra ngoài và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO2 được bổ
sung vào buồng đốt qua ghi phân phối không khí hoặc qua cấp than trên vách lò.

6.2 Hấp phụ SO2 bằng than hoạt tính

14


Hình 4: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng than hoạt tính
1-phễu chứa vật liệu hấp phụ (than hoạt tính)

2-đo liều lượng
3-tháp hấp phụ nhiều tầng
4-xiclon
5-bunke
6-tháp giải hấp phụ
7-thiết bị cấp nhiệt
8- quạt
9-máy sàng

Trước đây người ta cho rằng xử lý khí SO2 theo phương pháp hấp phụ bằng
than hoạt tính là ít hiệu quả. Tuy nhiên trong những năm gần đây người ta thấy
rằng
có thể áp dụng tốt phương pháp này để xử lý khói thải tư các nhà máy nhiệt điện,
nhà máy luyện kim và sản xuất acid sunfuaric với hiệu quả kinh tế đáng kể.
Khói thải đi vào tháp hấp phụ gồm nhiều tầng, khí SO2 sẽ bị giữ lại trong lớp
than hoạt tính của các tầng hấp phụ, sau đó khói đi qua xiclon để lọc sạch tro, bụi
trước khi thải ra khí quyển.
Than hoạt tính sau khi được hoàn nguyên cùng với lượng than mới bổ sung được
chuyển lên phễu chứa để cấp vào tháp qua bộ phận khống chế liều lượng. Than
rơi từ tầng trên xuống tầng dưới của tháp nhờ hệ thống cào đảo. Sau k hi bão hòa
khí SO2, than hoạt tính từ tầng dưới cùng của tháp chảy xuống bunke để đi vào
thiết bị giải hấp phụ (hoàn nguyên), tại đây một lượng nhiệt được cấp và bên ngoài
để nâng nhiệt độ của than lên 400-4500C nhờ thiết bị cấp nhiệt và quạt. Để thúc
15


đẩy quá trình hoàn nguyên người ta còn thổi khí trơ nóng hoặc hơi nước vào thiết
bị hoàn nguyên. Khí SO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và
đạt
khoảng 96-97% lượng khí SO2 có trong khói thải trước khi đi vào hệ thống lọc.

au khi hoàn nguyên, than hoạt tính được sàn chọn lọc qua máy sang để loại
bỏ phần than quá vụn nát và bổ sung them than mới để đưa lại lên phễu.
Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài khí SO2 còn chứa một số loại khí
khác như: H2S,S…do các phản ứng sau đây:
2SO2 + 3C + 2H2O = 2H2S + 3CO2
SO2 + C = S +CO2
2S + C + 2H2O = 2H2S + CO2
Nhược điểm của quá trình này là tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể
tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm khí SO2 thu hồi có nồng độ thấp và
tận dụng khó khan.
6.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp hấp phụ
Dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ khác như silicagel, alumogel…để
khử mùi là phương pháp đơn giản, thuận tiện và cho hiệu quả khử cao đối với
nhiều
loại chất có mùi khác nhau. Đặc biệt là than hoạt tính được sử dụng rất phổ biến
trong các trường hợp khác nhau sau đây:
Khử mùi đối với khí thải trước khi thải ra ngoài khí quyển
Khử mùi đối với không khí ngoài trời trong các hệ thống thông gió thổi vào để
cấp không khí trong sạch theo yêu cầu vệ sinh cho gian phòng, phân xưởng sản
xuất.
Trường hợp này thường gặp khi công trình nằm gần khu vực công nghiệp có tỏa
mùi độc hại.
Khử mùi đối với không khí tuần hoàn: trong các hệ thống điều hòa không khí
hoặc sưởi ấm bằng gió nóng, để tiết kiệm nhiệt (lạnh) người ta áp dụng phương
pháp tuần hoàn một phần không khí đã thổi vào phòng, lúc đó nếu trong phòng có
nguồn tỏa mùi thì cần phải khử mùi đối với không khí tuần hoàn trước khi sử dụng
lại.
Trong nhà ở,trên bếp đun nấu thức ăn cũng thường được áp dụng khử mùi bằng
than hoạt tính theo nguyên tắc tuần hoàn, tức hút không khí trên bếp cho qua bộ
phận khử mùi bằng than hoạt tính rồi thổi trở lại vào phòng.

16


Bề dày lớp than hoạt tính trong thiết bị khử mùi có thể thay đổi trong phạm vi rộng
tùy từng trường hợp cụ thể phụ thuộc vào lưu lượng khí cần xử lý, loại chất có
mùi cần khử, thời gian làm việc…Lớp mỏng là 30-100mm, lớp dày có thể lên đến
300-800mm. Vận tốc khí tính trên toàn tiết diện ngang của lớp vật liệu hấp phụ
nằm
6.4 Xử lý khí Nox
Sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý khí NOx đạt hiệu quả không cao do tính
tro của NOx (NOx có tính acid yếu). Bằng các chất hấp phụ như than hoạt tính
silicagel, alumogel, than bùn…
− NOx được hấp thụ mạnh bởi than hoạt tính. Tuy nhiên khi tiếp xúc với các oxit
than có thể cháy và nổ. Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có thể
chuyển NOx thành NO.
− Khả năng hấp phụ NOx của silicagen thấp hơn so với than hoạt tính nhưng nó bền
cơ học, không cháy và khi tái sinh có thể chuyển NOx thành NO. Hiệu quả hấp phụ
lớn, nồng độ khí chỉ còn 0,005%. Tuy nhiên, vì nguyên nhân kinh tế nên trong
công nghiệp không thực hiện.
− NOx có thể hấp phụ bằng than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi, hiệu quả
xử lý khí chứa 0,1 – 2% NOx, khi thới gian tiếp xúc pha là 1,6 – 3s đạt 96 – 98%
đảm bảo nồng độ NOx còn 0,01 – 0,04%.
Khả năng hấp phụ của các chất rắn nói trên là rất thấp, muốn hiệu quả xử lý cao
phải lắp đặt hệ thống nhiều tầng hấp phụ nối tiếp nhau, dẫn đến tiêu hao nhiều
năng lượng để thắng sức cản của khí động trong hệ thống. Mặt khác, bụi trong khí
thải cũng được giảm nhanh chóng nhờ khả năng hấp phụ của các vật liệu. Bên cạnh
đó, phương pháp này có ưu điểm là thu hồi được NO2 nồng độ cao để điều chế acid
nitric phục vụ cho nhu cầu khác của công nghiệp
6.5 Xử lý các halogen và hợp chất của chúng
a) Xử lý khí fluor

Nồng độ các hợp chất có flor trong khí thải công nghiệp dao động trong khoảng rất
rộng. Trong sản xuất phân bón nó từ 30 -200mg/m3, trong sản xuất nhôm có thể đạt
tới 200g/m3.
Các chất hấp phụ hóa học có tác dụng tốt đối với HF là vôi sống, alumogen, xienit
nephelinit, NaF.
17


Cấu tạo thiết bị hấp phụ HF: trong thiết bị phản ứng do phản ứng ở nhiệt độ khá
cao (>3500C) và trong thời gian tiếp xúc 7,6s nên trên bề mặt xung quanh của
những hạt vôi sống (cỡ 6- 40mm) có thể tạo nên một lớp Florua canxi xốp. Vật liệu
hấp phụ đã bão hòa được đem nghiền qua rây với lỗ rây 3,3mm. Phần hạt trên rảy
là hạt chưa bão hòa (20- 40% CaF2) được dùng lại để tiếp tục hấp phụ HF. Phần
qua rây giàu CaF2 là một sản phẩm fluorit. Hiệu quả làm sạch tới 95%.
b) Xử lý khí Cl2 và HCl
Có thể hấp phụ khí Cl2 bằng các hạt lignin và lignin – sunfonat canxi rắn- là
những chất phế thải của công nghiệp chế biến gỗ, giấy. Nhưng tốt hơn là sử dụng
dưới dạng dung dịch.
Để hấp phụ khí HCl từ khí thải công nghiệp, có thể dùng FeClO, CuCl hỗn hợp
với MnO2, các sunfat và photphat đồng, kẽm, cadmi. Những chất này tạo phức với
hai phân tử HCl . Ngoài ra, có thể dùng một số vật liệu cao phân tử hữu cơ,
Zeolit…
Đa số các chất trên dùng cho trường họp nồng độ khí HCl thấp trong khoảng nhiệt
độ rộng.
Từ chất phế thải công nghiệp dạng rắn có thể sử dụng làm chất hấp phụ được
như xỉ lò hơi và lò cao luyện thép, sản phẩm của quá trình xử lý kiềm cho boxit,
tro đốt rác thành phố, oxit nhôm, một vài loại đất tự nhiên.
Để tách khí HCl và các cấu tử acid khác từ dòng khí thải người ta dùng bột hấp
phụ được điều chế từ cặn bụi và bùn có chứa Fe2O3 và một số oxit kim loại kiềm
thổ (từ công nghệ nấu gang thép), có thêm vôi sống hay vôi tôi,limonit và một số

muối kim loại nặng, rồi trộn đều vo viên, đỗ thành lớp trong thiết bị phản ứng trên
một lớp mùn cưa hay hạt đất nung..Ngoài ra, có thể dùng vôi sống, cacbonat canxi
hay oxit mange để hấp phụ HCl trong thiết bị tầng sôi hay trong ống dẫn khí thải.
Than hoạt tính, silicagen,anionit đều có khả năng nhất định hấp phụ khí HCl.
Nhưng than hoạt tính hấp phụ HCl kém nếu nông độ HCl trong khí thải quá thấp.
Ưu điểm chủ yếu của các phương pháp khô để tách HCl nói trên là khả năng
thực hiện ở nhiệt độc cao (>1000C). Tuy nhiên, do chi phí tái sinh cao, giá thành
sản
xuất vật liệu hấp phụ cao, một số chúng là vật liệu hiếm…nên cũng bị hạn chế sử
dụng trong thực tế

18


c) Xử lý khí I2 và HI
Dùng than hoạt tính ẩm kAD để hấp phụ iot từ khí thải ở nhiệt độ <450C với
khả năng hấp phụ có thể đạt 120g I2 trên một lít chất hấp phụ (tùy vào nồng độ I2
trong dòng khí thải). Có thể dùng vật liệu trao đổi ion (như anionit AB – 17) để hấp
phụ iot nưng đắt hơn.
7. Các chu trình công nghệ có áp dụng hấp phụ trong thực tế
7.1 Xử lý khí thải trong sản xuất phân bón

Hình 5: Chu trình xử lý khí thải trong sản xuất phân bón

Sơ đồ công nghệ
Khí thải từ nhà máy được các quạt hút thu gom, sau đó nhờ hệ thống quạt đẩy
khí thải sẽ đi vào bề hấp thụ có châm dung dịch hóa chất hấp thụ. Tại đây khí thải
thông qua hệ thống phân phối khí tiếp xúc với nước và hóa chất, một phần khí SO2,
NOx, NH3 được hấp thụ, các thành phần bụi bẩn trong khí thải cũng được giữ lại.
Nồng độ hóa chất hấp thụ, hệ thống phân phối khí được tính toán kỹ lưỡng đảm

bảo hiệu quả hấp thụ một cách tối ưu.
Khí thải sau khi đi qua bể hấp thụ tiếp tục được hệ thống quạt đẩy đẩy vào tháp
hấp phụ. Cấu tạo tháp hấp phụ bao gồm các lớp vật liệu đệm, vật liệu hấp phụ và
hệ thống phân phối dung dịch hóa chất hấp thụ được bố trí một cách hợp lý, đảm
bảo hấp phụ hoàn toàn các thành phần ô nhiễm còn lại cũng như triệt tiêu hoàn
19


toàn các bụi bẩn còn sót lại.
Khí thải sau khi đi qua tháp hấp phụ đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường
(QCVN 21:2009/ BTNMT) .
Nước + dung dịch hóa chất trong bể hấp thụ và tháp hấp phụ sẽ được thay mới
định kỳ đảm bảo hiệu quả xử lý cao nhất, đồng thời việc thay mới định kỳ cũng
làm giảm lượng nước tiêu thụ, giảm lượng nước cần xử lý, giúp tiết kiệm chi phí
một cách tối đa.
7.2 Xử lý thải trong lò đốt chất thải rắn y tế
Nhằm triệt tiêu các chất độc hại trong khí thải một cách triệt tiêu thì khí thải
được xử lý bằng cả hai công nghệ: hấp thụ và hấp phụ.
Khí thải sau quá trình đốt có nhiệt độ cao sẽ được dẫn qua hệ thống ống dẫn khí
được làm bằng inox, gạch và bê tong chịu nhiệt. Trong tháp bố trí một hệ thống
phun sương mù dung dịch kiềm đủ mạnh để làm mát khí thải và trung hòa các chất
độc hại cho môi trường (SOx, NOx, Cl…). Đường đi của khí thải được bố trí đảm
bảo cho các phản ứng xảy ra triệt để.
Phần trên của tháp là ngăn chứa các chất hấp phụ. Khí thải khi đã được hấp
thụ bởi dung dịch kiềm sẽ đi qua lớp hấp phụ, Tại đây, hơi các kim loại nặng (
Pb,As, Hg, Cd…) và mùi hữu cơ sẽ bị hấp phụ trước khi thải ra môi trường có
nhiệt độ dưới 1500C, không màu và đạt tiêu chuẩn Việt Nam 5939-2005.

7.3 Công nghệ xử lý khí thải trong lò hơi

20


Hình 6: Công nghệ xử lý khí thải lò hơi

Khí sinh ra từ lò hơi có nhiệt độ rất cao được sục vào bế tản nhiệt kín chứa nước
lạnh để giảm nhiệt độ. Dòng khí mang theo nhiệt độ cao làm cho nước ttrong bể
nóng lên. Nước nóng trong bể tản nhiệt theo ống dẫn được lưu thong với bể làm
mát.
Máy thổi khí cung cấp khí tươi cho hệ thống đường ống sục khí dưới đáy của bể
làm mát, kết quả nước trong bể này được làm mát và tuần hoàn trở lại bể tản nhiệt
theo dòng đối lưu.
Nhiệt độ dòng khí thải tại bể tản nhiệt được giảm xuống đáng kể, dòng khí này
đi lên từ đáy bể sẽ theo ống dẫn khí đi đến tháp giải nhiệt. tại đây được bố trí hệ
thống giàn phun mưa cùng với hai lớp vật liệu lọc với các vách ngăn tràn. Dung
dịch hấp phụ được bơm từ bể chứa đung dịch theo ống dẫn đến giàn phun mưa.
Nhờ sự phân bố đều dung dịch trên toàn bộ tiết diện ngang của 2 lớp vât liệu lọc đã
làm cho khả năng tiếp xúc giữa dòng khí và dung dịch tăng cao.
Khí SO2 tác dụng với dung dịch hấp phụ theo phản ứng:
SO2 + H2O = H2SO4
H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3.H2O
SO3.2H2O + ½ O2 = CaSO4.2H2O
Các chất rắn CaSOx được lắng nhờ hệ thống ly tâm được đặt trong bể chứa dung
dịch. Cặn lắng được bơm vào bể chứa bùn và đem đi xử lý, dung dịch hấp phụ
được bơm tuần hoàn trở lại tháp.
7.4 Công nghệ làm sạch khí thải từ công nghiệp sợi VISCO khỏi CS2
Công nghệ này sử dụng vật liệu hấp phụ là than hoạt tính loại APT, CKT trong
thiết bị kiểu tầng sôi: khí thải từ giai đoạn làm sạch pha lỏng khỏi H2S đưa qua
thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt rồi vào thiết bị hấp phụ kiểu tầng sôi dùng than
hoạt tính (trên các mâm lưới) để tách hêt CS2.

Dòng khí sạch tiếp tục đi qua hệ thống thu hồi bụi (than hoạt tính để dùng lại)
trước khi xả ra khí quyển.
Than hoạt tính đã bão hòa CS2 được đưa vào tháp nhã , phần trên tháp có nhiệt
độ 1200C để tách CS2 từ than hoạt tính, còn phần dưới có nhiệt độ 1500C để sấy nó,
sau đó qua thiết bị trao đổi nhiệt để làm nguội đến 1000C rồi chuyển về tháp hấp
phụ còn không khí thì được làm nóng lên.
Khi hấp phụ CS2 trong than hoạt tính có tạo thành một số hợp chất mà không
thể tách ra được trong điều kiện nhiệt độ của tháp giải hấp. Do đó, một phần than
21


hoạt tính khi ra khỏi tháp giải hấp phải đưa đi tái sinh bằng hơi cao áp ở nhiệt độ
3500C.
Phần than hoạt tính đã tái sinh ky này lại trộn với phần đi qua trao đổi nhiệt để
vào tháp hấp phụ. Hỗn hợp hơi nước và CS2 từ tháp nhả đem đi làm nguội, làm
lạnh ngưng tụ CS2, rồi đem đến thiết bị phân riêng tách CS2lỏng để đưa vào quy
trình sản xuất sợi Visco. Phần CS2 và H2O chưa ngưng được làm lạnh bằng nước
trong tháp rửa. Phần CS2 ngưng tại đây cùng nước rửa đưa qua thiết bị phân ly,
nước được bơm vào tháp rửa, còn CS2 đưa vào thùng chứa để tận dụng hoàn toàn.
VI. Những ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý bằng hấp phụ
Phương pháp hấp phụ có khả năng làm sạch cao. Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều
có khả năng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây cũng là ưu điểm
lớn nhất của phương pháp. Nhược điểm của phương pháp là không thể sử dụng
đối với nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao. Quá trình xử lý thường phải thực hiện
theo phương pháp gián đoạn.
Chính vì những ưu, nhược điểm trên cho nên khi có ý định sử dụng phương pháp
hấp phụ cần phải cân nhắc và phân tích, điều tra tỉ mỉ và thật cụ thể rồi mới tiến
hành.

Tài liệu tham khảo

• Hấp phụ trong xử lý môi trường
Đại học Đà Nẵng – Ts. Lê Tự Hải
• Giáo trình: Kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí
PGS.TS. Đinh Xuân Thắng- NXB Đại học quốc gia TP HCM
• Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1,2,3
GS.TS Trần Ngọc Chấn, NXB- Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội
• Tiểu luận “ phương pháp hấp phụ” – GVHD Trần Đức Thảo
• Bài giảng “ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ”
Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
• Môi trường không khí
Phạm Ngọc Đăng – NXB Khoa học và Kỹ thuật
• Hình ảnh trích xuất từ trang web moitruongsach.vn,voer.edu.vn
22