Kiểm soát ô nhiếm không khí

- 218 -

CHƯƠNG VI
KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
6.1. KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ
NGUỒN CỐ ĐỊNH
Kiểm soát ô nhiễm không khí của những nguồn cố đònh có thể được thực hiện bởi
hai phương pháp cơ bản là: kiểm soát ô nhiễm bằng biện pháp phát tán để pha loãng
vào khí quyển, thiết kế hệ thống x
ử lý
ô nhiễm nhằm làm giảm mức độ ô nhiễm tới
mức nhỏ nhất.
6.1.1. Kiểm soát bằng việc pha loãng vào khí quyển nhờ phát tán
Phương pháp tốt nhất để hạn chế ô nhiễm không khí là ngăn chặn ngay từ nguồn
phát thải ra. Tuy nhiên, sử dụng ống khói cũng là một biện pháp làm giảm nồng độ ô
nhiễm không khí tại lớp sát mặt đất, bằng cách
phát tán và pha lỗng

chúng
b
ằng chiều
cao và đường kính ống khói hợp lý.
Biện pháp này ở một vài mức độ
nào đó
cũng có
thể cho
phép
giữ được cho chất lượng không khí như mong muốn. Bầu khí quyển có
khả năng rất lớn trong việc phát tán, pha loãng và làm thay đổi tính chất của phần lớn
các vật chất trong khí quyển mà con người không thể làm được.
Tác động trực tiếp của các ống khói cao là làm cho nồng độ các chất ô nhiễm ở

các ngôi nhà cao lân cận giảm nhẹ, khi chúng nằm trong khoảng cách từ 0 - 2,5H
chiều cao ống khói. Sự lan tỏa của khói vào trong khí quyển phụ thuộc vào các yếu tố
v
ề nguồn thải, các yếu tố về khí tượng thuỷ văn và các yếu tố về nguồn. Các yếu tố này
sẽ được trình bày kỹ ở các chương sau.
- 219 -

Việc quy hoạch một khu dân cư, khu
cơng
nghi
ệp hay đơ thị có liên quan chặt chẽ
đến các nguồn thải cao
nhằm ngăn chặn khả năng lan tỏa chất ô nhiễm ở mức độ nguy
hại sang vùng
lân cận
. Việc quy hoạch cũng yêu cầu phải xác đònh vò trí các nhà máy,
cụ thể là lựa chọn vò trí ống khói sao cho tác động tới các vùng lân cận là nhỏ nhất.
Việc nghiên cứu khí hậu học giúp cho việc khoanh vùng không khí quy hoạch cho khu
dân cư, bảo đảm cho các khu dân cư một vành đai an toàn. Số liệu khí hậu cho phép
dự đoán được những sự thay đổi của thời tiết, từ đó ta có biện pháp thích hợp để ngăn
ch
ặ
n sự
phát tán
khí thải khí vào trong khí quyển dựa trên những báo cáo hàng ngày
về khí hậu.
6.1.2
. Kiểm soát nguồn ô nhiễm
Kiểm soát chất ô nhiễm tại nguồn th
ực chất là

giữ lại ho
ặc tách chúng ra khỏi
dòng khí
các chất ô nhiễm, trừ khử chúng hoặc chuyển đổi chúng sang dạng khác làm
chúng không còn tính độc, trước khi thải chúng vào môi trường. Sau đây là một vài
phương pháp kiểm soát nguồn.
a. Chuyển nguồn sang vò trí khác
Đây là một phương pháp hạn chế ô nhiễm ngay tại vò trí cũ của nguồn. Trong quá
trình nghiên cứu khí hậu học để quy hoạch và xác đònh một khu dân cư,
đơ
th
ị hay khu
cơng nghiệp
đôi khi cũng xác đònh được một vò trí tốt h
ơn
đáp ứng được nhiều yêu cầu
để đặt một nhà máy công nghiệp, cụ thể là v
ị trí đặc
ống thải khói. Bởi vậy việc di
chuyển nguồn thải ra xa khu dân cư sinh sống là điều c
ần thiết
, cũng có thể là tại vò trí
mới sẽ có thuận lợi hơn về gió và cho phép một nồng độ chất ô nhiễm không khí cao
hơn là ở vò trí cũ.
b. Ngưng hoạt động nguồn
Một nguồn gây ô nhiễm không khí có thể được ngưng hoạt động một thời gian,
khi mà nồng độ chất ô nhiễm đạt tới mức độ có thể đe dọa tới sức khỏe cộng đồng.
Các cơ quan bảo vệ môi trường có trách nhiệm thống kê, giám sát các nguồn ô
nhiễm; khi có sự thay đổi thời tiết dự báo có thể xảy ra thảm hoạ ô nhiễm thì cơ quan
này phải có trách nhiệm ngưng ngay hoạt động một số nguồn; hoặc khi một nguồn

nào đó có dấu hiệu gây ô nhiễm nghiêm trọng, cơ quan này phải thống kê ngay được
các số liệu liên quan và có biện pháp cưỡng chế ngưng hoạt động, nếu sức khỏe cộng
đồng dân cư xung quanh có dấu hiệu bò đe doạ.
- 220 -

c. Thay đổi năng lượng hoặc nguyên liệu sử dụng
Đây cũng là một biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí. Nhiên liệu hoặc vật
chất dùng làm năng lượng có thể được thực hiện thay đổi bằng cách thay than mềm
bằng than cứng, dầu dư, dầu chưng tách hoặc khí tự nhiên. Cách cải thiện tốt nhất là
thay nhiên liệu hóa thạch bằng các nguồn năng lượng sạch như: sức nước, điện, năng
lượng mặt trời hoặc năng lượng nhiệt. Nhiên liệu cũng có thể được xử lý trước khi
mang vào đốt, bằng cách sulfur hóa than và dầu. Hay bằng cách lọc rửa than hoặc khí
tự nhiên bằng các khí tự nhiên đã hóa lỏng (LNG) hoặc hóa lỏng khí dầu mỏ (LPG)
làm cho sulfur thoát ra khỏi nhiên liệu.
d. Thay đổi quy trình công nghệ
Đây là phương pháp hạn chế ô nhiễm không khí có thể dùng mà không cần thay
đổi nhiên liệu sử dụng. Ví dụ: Trong công nghiệp luyện kim, lò luyện được mở cửa ở
tâm lò thay thế cho mở cửa ở hông lò hoặc dùng lò nấu bằng điện để thay thế cho lò
đốt dùng nhiên liệu, như vậy sẽ làm giảm được khói, cacbon monoxit và hơi kim loại.
Việc thay đổi này phải kết hợp cùng với thiết bò xử lý khí, nhờ vậy mà hạn chế được
rất nhiều ô nhiễm không khí.
e. Chế độ vận hành tốt
Đây cũng là một biện pháp để kiểm soát ô nhiễm nguồn. Khi không kể tới các
yếu tố như thiết bò lắp đặt, nhiên liệu đốt, nguyên vật liệu được sử dụng thì chế độ
vận hành là một chìa khóa khá quan trọng để làm giảm ô nhiễm không khí từ các
nguồn thải. Những thiết bò được dùng phải thích hợp, lắp đặt vận hành đúng sẽ hạn
chế được khá nhiều sự thải chất ô nhiễm vào khí quyển. Ví dụ, giới thiệu về việc đốt
cháy sulfur hóa lỏng ở các nhà máy sản xuất acid sulfuric, mà không đủ không khí
cung cấp cho quá trình cháy, kết quả là tạo ra rất nhiều khí sulfur oxit thoát ra.
Một ví dụ khác, đó là sự thải ra rất nhiều tro tàn ở nhà máy nhiệt điện là do sai

sót trong vận hành, có thể là đã đưa quá nhiều không khí vào trong lò đốt. Có trường
hợp quạt thải lâu ngày không được sửa chữa, bảo dưỡng làm cho sức hút kém, là
nguyên nhân làm cho lò đốt bò thiếu không khí cho quá trình cháy, khói lửa nằm lại
trong lò rồi lại tràn ra khu vực xung quanh lò mà không thoát ra ngoài xa được.
Bởi vậy cần phải tổ chức huấn luyện, hướng dẫn vận hành sử dụng, yêu cầu
những người vận hành lò đốt phải có giấy chứng nhận đã học qua khóa vận hành và
sử dụng nhiên liệu.
- 221 -

f. Thiết bò và kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí
Có thể áp dụng như một biện pháp kiểm soát ô nhiễm. Việc lắp đặt và vận hành
một hệ thống thiết bò kiểm soát ô nhiễm không khí nhằm mục đích làm biến đổi cấu
trúc, làm ẩm, làm giảm hiệu quả tác động của chất ô nhiễm hoặc làm giảm n
ồng
độ
của chất ô nhiễm.
Những kỹ thuật, thiết bò đó thường rất cần thiết, dùng kết hợp với các biện pháp
khác để kiểm soát ô nhiễm khí, các biện pháp đó ta đã nói tới trong chương trước
nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm đạt tới
các tiêu
chu
ẩn cho phép của nhà nước đã ban
hành
.
Hệ thống thiết bò kiểm soát ô nhiễm nhìn chung, được thiết kế xử lý cho cả khí
độc
và bụi, nhưng cũng chỉ có một vài loại thiết bò có hiệu quả cao đối với cả hai loại
khí
độc
và bụi. Một vài loại thiết bò được thiết kế để xử lý từng loại chất

ơ
nhi
ễm
hay
thu hồi ứng với từng kích cỡ hạt bụi. Để lựa chọn một thiết bò xử lý ô nhiễm phải xem
xét, cân nhắc tới các vấn đề có liên quan như: bụi thu hồi có được đưa vào sử dụng lại
không, có cần thu hồi cả bụi và khí ô nhiễm không, việc thu bụi có ảnh hưởng bởi
nhiệt độ không, có các yếu tố tác động tổng hợp không (trong trường hợp phải thu giữ
những bụi hóa chất sinh ra trong sản xuất thì những bụi này có tính chất ăn mòn
không, có cần yêu cầu các thiết bò đặc biệt không…), hay
nói khác đi là
c
ần phải khảo
sát thật kỹ thành phần, tính chất của các chất ơ nhiễm
.
Ngồi
ra c
ũng cần phải dựa vào
các tiêu chuẩn về khí thải của nhà nước đã ban hành và điều kiện kinh tế, điều kiện thực
tế của từng cơ sở.
6.1.3
.
Thiết bò và kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí

Kỹ thuật và thiết bò được dùng để kiểm soát chất ô nhiễm dạng khí được chọn
phụ thuộc vào tính chất của từng loại khí cần kiểm soát. Nhìn chung, kỹ thuật xử lý
chất ô nhiễm dạng khí bao gồm các loại sau đây: hấp thụ, hấp phụ, thiêu đốt, sinh h
ọc

và ngưng tụ. Mặc dù những thiết bò dùng trong phương pháp đó được thiết kế phục vụ

cho việc hạn chế độ phát thải của các khí cơ bản, nhưng đôi khi nó cũng có tác dụng
làm hạn chế màu sắc khí thải cũng như hạn chế lượng bụi sinh ra. Trong khuôn khổ
cuốn sách này tác giả chỉ giới thiệu nguyên lý làm việc của một số thiết bò xử lý khí
thải mà không đi sâu vào việc tính toán và thiết kế. Các nội dung này sẽ được biên
so
ạ
n trong một giáo trình khác – Giáo trình kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí.
a. Hấp thụ khí
- 222 -

Nguyên tắc cơ bản của việc hấp thụ khí là tạo ra một sự tiếp xúc giữa
dòng
khí
ch
ứa các chất ơ nhiễm
và
các
h
ạt dung dịch hấp thụ thường được phun ra với kích thước
nhỏ và mật độ lớn
. Các ch
ất ơ nhiễm
được tách ra bằng việc hoà tan trong chất lỏng
hấp thụ hoặc xảy ra phản ứng hoá học giữa chất ô nhiễm và dung d
ịch
hấp thụ. Trong
kỹ thuật hấp thu,
dòng
khí th
ường được cho đi ngược chiều với các hạt dung dịch

hấp
thụ v
ới tốc độ hợp lý
,
thơng
th
ường người ta thường chọn vận tốc này trong khoảng 1,0 –
2,5 m/s.
Hiệu quả của các quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa
dòng
khí
và
các
h
ạt dung dịch hấp thụ, t
hời gian tiếp xúc, dung dòch hấp thụ, nhi
ệt độ khí thải,
hướng chuyển động tương đối của dòng khí và dung mơi, tốc độ của dòng khí…

Dung dòch hấp thụ
Trong
các yếu tố đã nêu ở trên, dung dịch hấp thụ là một trong các yếu tố rất quan
trọng. u cầu với dung dịch hấp thụ cần phải đạt được: có khả năng hấp thụ được các
chất ơ nhiễm cần xử lý, rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bay hơi ở nhiệt độ và áp suất thấp, độ nhớt
động lực học thấp, ít hoặc khơng gây ăn mòn thi
ết bị. Tuy nhiên khó có loại dung dịch
hấp thu nào đáp ứng được tất cả các u cầu trên, vì thế khi lựa chọn dung dịch người ta
thường dựa vào khả năng có thể hấp thụ được các loại chất ơ nhiễm làm yếu tố quan
trọng nhất.
Dung dòch hấp thụ có thể được phân loại nhờ tính phản ứng của chúng, nếu chúng

là hoá chất dùng để tách chất ô nhiễm. Ví dụ: sulfur dioxit có thể chuyển sang màu
xanh nhạt do kết hợp với nước và oxit canxi (CaO), cụ thể là do nó kết hợp với
hydroxyt canxi Ca(OH)
2
, tạo ra dạng muối sulfat canxi (CaSO
4
). Chính phản ứng này
có tác dụng làm tẩy sạch SO
2
ra khỏi dòng khí.
Nếu chỉ tách khí ra do hòa tan mà không xảy ra phản ứng hóa học, chất hấp thụ
này được coi như là chất hấp thụ không phản ứng. Nước hoặc dầu cacbon nặng là
nh
ữ
ng ví dụ cho dung dòch hấp thụ không phản ứng.
Loại dung dòch hấp thụ đó không thể dùng lại được sau khi đã dùng hấp th
ụ
,
nghóa là sau hấp thụ phải bỏ đi, do vậy gọi chúng là dung dòch hấp thụ không tái sinh.
Nước là một ví dụ. Với những loại dung dòch hấp thụ mà thu được lượng khí ô nhiễm
nhờ một tác động nào đó như thay đổi nhiệt độ dung dòch, thay đổi áp suất … thì gọi là
dung dòch hấp thụ có thể tái sinh được. Dung dòch hấp thụ có thể tái sinh (có thể sử
dụng lại) là những dung dòch hóa chất đắt tiền hoặc là những chất xúc tác, có thể là
hóa chất dùng để trung hòa chất ô nhiễm để có thể chuyển hóa chúng thành dạng rắn
- 223 -

hoặc lỏng rồi tách chúng ra hoặc là những chất đưa thêm vào quy trình sản xuất để
tập trung chất ô nhiễm. Một ví dụ của dung dòch hấp thụ có thể tái sinh là tetraclorua
cacbon (CCl
4

), dưới điều kiện áp suất thích h
ợp
nó kết hợp với khí Clo và bò cuốn theo
dòng khí. Tiếp đó là sự khác nhau giữa nhiệt độ và áp suất trong tháp, hai chất này
được tách ra và CCl
4
và clo tự do có thể được dùng trở lại như dung dòch hấp th
ụ
. Clo
còn có thể được khôi phục trở về dạng khí hoặc lỏng để có thể dùng trong thương
mại.
Thiết bò hấp thụ
Thiết bò hấp thụ là loại thiết bò mà trong bản thân nó có chứa dung dòch hấp thụ,
hấp thụ khí đi qua. Việc lắp đặt, thiết kế sao cho có thể tách ra được một lượng khí
lớn nhất từ dòng khí. Sau đây là một vài kiểu thiết bò hấp thụ.
1/ Tháp đệm (Hình 6.1)
Tháp đệm có dạng một hình trụ đứng thẳng, trong nó chứa đầy những hạt vật liệu
thích hợp, có thể là hạt polyetylen có dạng hình xoắn ốc hoặc hình vành khuyên,
các

- 224 -

Hình 6.1.
Tháp hấp thụ kiểu đệm
khâu sứ làm từ đất sét nung với các kích thước khác nhau, ví dụ (50 x 50 x 3), (25 x 25 x
3) mm được xếp ngẫu nhiên trong thiết bị.
Vật liệu đệm phải đảm bảo không thể gãy vỡ, phải có trọng lượng nhỏ, khơng b
ị
ăn mòn do hố chất và tạo ra diện tích bề mặt lớn
.

Q
trình ti
ếp xúc giữa dòng khí và
dung dịch hấp thụ là tiếp xúc dạng màng.
Dòng dung dòch hấp thụ bám trên bề mặt của
lớp vật liệu đệm một lớp mỏng, bởi vậy tạo ra một bề mặt tiếp xúc lớn giữa dung dòch
và khí. Thông thường dòng dung dòch hấp thụ chảy qua tháp là xác đònh được, chúng
được chảy từng giọt một từ trên đỉnh tháp xuống chân tháp, trong khi dòng khí thì đi từ
chân tháp lên đỉnh xuyên qua lớp vật liệu đệm. Tháp hấp thụ đệm cũng có tác dụng
để tách ra (hạt bụi nước kích thước khoảng 10μm hoặc nhỏ hơn, do ngưng hơi các
phân tử từ trạng thái hơi). Nếu hấp thụ khí, hơi có tính ăn mòn thì vật liệu đệm phải
có tính chống lại tính ăn mòn. Tháp đệm khi vận hành thường làm tăng trở lực cục bộ,
bởi vậy phải dùng một quạt hút thích hợp. M
ột trong các nhược điểm của tháp đệm là
hay gây hiện tượng “tắc nghẽn” và “sặc” thiết bị do bụi hoặc các chất kết tủa do các phản
ứng phụ giữa các chất ơ nhiễm và dung dịch hấp thụ sinh ra, từ đó làm cho hiệu suất xử
lý thường khơng ổn định. Do vậy việc tính tốn thiết kế thiết bị này khá phức tạp và cần
thiết phải khảo sát kỹ thành phần và b
ản chất của khí thải. Bên cạnh đó việc vệ sinh lớp
vật liệu đệm cũng cần phải tiến hành thường xun để góp phần khắc phục các nhược
điểm trên.
2/ Tháp đóa (Hình 6.2)

Hình 6.2
. Tháp đóa
- 225 -

Tháp đóa có dạng hình trụ đứng thẳng, bên trong có chứa một số đóa lớn hình tròn
có đục lỗ.
Dòng

khí
đi từ dưới lên với vận tốc thích hợp sẽ tạo ra các bọt khí trong lớp

chất lỏng phía trên đóa, vì th
ế q trình tiếp xúc này thường gọi là q trình tiếp xúc
dạng bọt
. Ở phía cạnh đóa có những ống dẫn nước nhằm cung cấp nước từ đóa này sang
đóa khác.
Tháp đóa nếu nhìn về khía cạnh thiết kế thì nó có thể coi như là tháp đệm, khi mà
chất lỏng hấp thụ có chứa những chất rắn lơ lửng hoặc những chất làm ảnh hưởng tới
tính hòa tan của các chất khí. Còn một lý do nữa là nó rất dễ làm sạch dòng khí và có
thể điều chỉnh tốc độ dòng chất lỏng hấp thụ bằng tay. Khi cần có tác dụng nhiệt để
hòa tan các khí thì tháp đóa là thích hợp do nó dễ dàng lắp đặt thêm hệ thống làm
lạnh. Tuy nhiên, giá thành đầu tư trang bò tháp đóa lớn hơn đầu tư trang bò tháp đệm.
Hi
ệu suất xử lý của tháp đĩa phụ thuộc rất nhiều vào lớp bọt khí sinh ra trên các đĩa. Vì
vật việc giữ ổn định chiều cao lớp dung dịch hấp thụ trên đĩa, vận tốc dòng khí…, là yếu
tố rất quan trọng. Q trình này cũng giống tương tự như trong tháp sủi bọt. Điều khác
biệt giữa tháp sủi bọt và tháp đĩa là người ta thay các đĩa bằng các các tấm đục lỗ hay còn
gọi là các đĩa sủi bọt. Chiều cao thích hợp của lớp dung dịch hấp thụ trong các thiết bị
này nằm trong khoảng 10 – 12 cm. Nhược điểm của hai loại tháp trên là thường hay tắc
nghẽn các lỗ trên đĩa do bụi dẫn đến phá vỡ cấu trúc lớp bọt khí trên đĩa làm ảnh hưởng
đến chế độ làm việc ổn định của thiết bị.
3/ Tháp phun
(thùng
r
ửa khí rỗng)
Hình 6.3
Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng dựa trên nguyên tắc tạo ra
sự tiếp xúc tr

ực tiếp
giữa các chất ô nhiễm và
các
h
ạt dung dịch hấp thụ được phun ra
dưới dạng các hạt nhỏ và mật độ lớn
. Dung dòch hấp thụ được phun ng
ược chiều với
dòng khí bốc lên, tạo ra một sự hỗn loạn trong dòng khí. Trong trường hợp đặc biệt
khi muốn hòa tan với tốc độ cao các thành phần trong dòng khí, ta tác dụng một lực ly
tâm lên dòng khí, đồng thời phun dung dòch hấp thụ vào trong dòng khí tạo ra một tốc
độ tiếp xúc giữa dòng khí và chất lỏng lớn nhất có thể được. Tháp phun còn có tác
động làm tách ra những hạt chất lỏng có kích thước lớn hơn 10 μm và tháp cũng có
thể dùng để xử lý bụi.
Ưu điểm của loại thiết bị này là cấu tạo và vận hành đơn giản, gia
thành thấp hơn tháp đệm và tháp đĩa, hiệu suất khá ổn định nhưng thường rất thấp và tiêu
hao dung dịch hấp thụ lơn hơn các loại thiết bị trên.

- 226 -


Hình 6.3
. Tháp phun (
thùng
r
ửa khí rỗng)

4/ Lọc bằng phun chất lỏng (Hình 6.4)
Thiết bò g
ồm hai đơn ngun

, dung dòch hấp thụ được đưa vào một
đơn ngun
từ
phía đỉnh bằng cách phun mạnh xuống dòng khí, khí thải được đi vào từ phía hông
thiết bò. Những hạt dung dòch hấp thụ nhỏ mòn được phun vào làm giữ lại các hạt bụi
nhỏ, bởi vậy làm tăng thêm hiệu quả lọc. Các khí sạch được thoát ra ở
đơn ngun

còn lại.
- 227 -

Hình 6.4
. Thiết bò rửa khí bằng phun nước
5/ Thùng rung đôïng (Hình 6.5)
Trong thùng có chứa một thiết bò khuấy động, khi đưa dung dòch hấp thụ vào sẽ
làm
xáo
tr
ộn
dòng khí; trong thùng còn có các đóa ngăn cũng có tác dụng làm
xáo trộn
dòng khí. Chính sự chuyển động
xáo trộn
của dòng khí này tạo điều kiện cho dung
dòch hấp thụ tốt các khí cũng như bụi ô nhiễm.
- 228 -

Hình 6.5.
Thùng rung động
Một vài vấn đề đáng lưu ý khi sử dụng tất cả các thiết bò hấp thụ là nhiệt độ dung

dòch luôn phải giữ thấp hơn 100
o
C, nhằm giữ cho dung dòch hấp thụ luôn được giữ ở
trạng thái lỏng. M
ặt khác ở nhiệt độ khí thải cao hiệu suất hấp thụ rất kém, do đó làm
nguội khí thải trước khi đưa vào tháp hấp thụ là rất cần thiết. Dung dịch hấp thụ cần được
bổ sung thường xun trong q trình xử lý nếu có tuần hồn dung dịch.
Dung dòch hấp
thụ sau khi đã hấp thụ quá nhiều thì phải thay th
ế
hoặc phải
hồn ngun

để
tách chất
ô nhiễm, đề phòng trường hợp khi chất ô nhiễm trong dung dòch đạt tới trạng thái quá
bão hòa chúng sẽ được chuyển sang dạng chất ô nhiễm khác.
b. Hấp phụ khí
Hấp thụ khí như đã nói trước đây, là dựa trên cơ sở khí phản ứng với chất lỏng
hấp thụ. Nó được thực hiện khi mà các phần tử hoặc các nguyên tử được tách ra do cơ
chế hấp thụ vật lý, hoá học hoặc đồng thời xảy ra cả hai quá trình. Hấp phụ khí

là
dựa trên cơ sở các khí bò các chất rắn hấp phụ. Nó được thực hiện khi các phân tử
hoặc nguyên tử cần hấp phụ được tập trung chỉ ở trên bề mặt của chất rắn hoặc trong
các mao quản của chất rắn. Hấp phụ khí dựa trên nguyên tắc dòng khí tiếp xúc trực
tiếp khi chuyển động xuyên qua lớp chất rắn hấp phụ chứa trong một thiết b
ị.
Chất
hấp phụ có thể là những chất mà có tính chất lý học hoặc hóa học tự nhiên, ví dụ than

hoạt tính, các hạt xilicagen…
Hiệu quả của thiết bò phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Chất hấp phụ lý học sẽ hấp
phụ ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp của hỗn hợp hai pha khí - rắn. Trái lại, chất
hấp phụ hóa học thì được thực hiện chỉ khi khí đó bám được trên bề mặt chất hấp phụ.
Hơn nữa, một phần tử bò hấp phụ lý học có thể được tách ra mà không bò thay đổi tính
chất khi giảm áp suất, giữ nhiệt độ so với thời điểm lấy mẫu. Để tách lớp chất ô
nhiễm bò hấp phụ bởi tính chất hóa học thì cực kỳ khó. Ranh giới giữa khí bò hấp phụ
và chất rắn hấp phụ là rất quan trọng để xác đònh tác động qua lại giữa chúng. Bởi
vậy điều thiết thực là phải tạo nên một diện tích bề mặt của các chất rắn hấp phụ lớn
tới mức có thể được. Chất rắn hấp phụ cần được lựa chọn dựa trên khí ô nhiễm cần
hấp phụ.
Một vài loại chất hấp phụ thường chỉ tách các chất khí ô nhiễm, các khí đã được
hấp phụ bám trên bề mặt chất rắn theo một trật tự nhất đònh, sau khi tách khí đã hấp
phụ ra thì có thể phục hồi được khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm. Trong trường hợp
không thực hiện được việc tiết kiệm về mặt kinh tế là tách riêng chất hấp phụ và khí
ra thì phải sắp xếp sao cho chúng tồn tại ở trạng thái hỗn hợp. Chất hấp phụ sau quá
- 229 -

trình sử dụng sẽ giảm hiệu quả hấp phụ cần phải được thay thế (thải bỏ) hoặc hoàn
nguyên chúng. Quá trình hoàn nguyên thường được hiện bằng cách “nhả hấp” bằng
hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao sau đó sấy khô và tái sử dụng.
Chất hấp phụ
Chất hấp phụ (loại dùng trong công nghiệp) nhìn chung, là hấp phụ được cả khí
vô cơ và khí hữu cơ. Tuy nhiên, dựa vào những tính chất đặc trưng và những tính chất
lý học mà có thể áp dụng một hoặc nhiều loại chất hấp phụ cho từng trường hợp đặc
biệt cụ thể. Ví dụ nhôm hoạt tính, silicagen, phân tử rỗng (chất tổng hợp, silicat,
zeolit) sẽ hấp thụ hơi nước từ trong hỗn hợp hơi nước và chất ô nhiễm hữu cơ. Alumin
và silicagen được dùng trong công nghiệp như là một chất hút ẩm. Bôxit được dùng để
xử lý hơi dầu mỏ và hút ẩm. Than hoạt tính thích hợp hấp phụ hợp chất hữu cơ không
phân cực, các phần tử nước thì có tính phân cực cao tạo ra sức hút mạnh cho từng

phần tử, tạo ra một sự tác động lẫn nhau trên bề mặt phân tử các bon không phân cực.
Kết quả là một lượng lớn các phần tử hữu cơ phân cực kém bò hấp phụ bởi cacbon.
Than hoạt tính là loại được dùng thông dụng nhất để hấp phụ các hơi chất hữu cơ hòa
tan (than hoạt tính hoặc than củi được tạo ra từ việc đốt thiếu khí ở nhiệt độ cao, như
vậy phần tử các bon chỉ cháy theo cách tạo ra cấu trúc rỗng trong phân tử và tạo nên
một diện tích bề mặt rộng lớn). Than hoạt tính là chất được sử dụng làm chất hấp phụ
nhiều nhất. Ngoài ra có thể kể đến một số loại chất hấp phụ khác như silica gen …
Thiết bò hấp phụ
Trên hình 6.6 là thiết bò mà bên trong nó có chứa những chất rắn hấp phụ. Một
vài loại thiết bò hấp phụ được giới thiệu sơ lược sau đây.
1/ Thiết bò với lớp hấp phụ mỏng
Dùng than củi hoạt tính làm chất hấp phụ theo lớp mỏng (độ dày khoảng 12 – 15
cm) được giữ lại bởi một lực cơ học, bởi vì khả năng chống lại lực đẩy của dòng khí
rất yếu. Chất hấp phụ có thể được đựng trên những đóa dạng lưới hoặc là những phần
tử cứng. Thiết bò hấp phụ mỏng thường được áp dụng để lọc sạch lượng dưỡng khí cấp
vào cho những căn hộ. Không khí trong khí quyển, mặc dù lượng chất ô nhiễm thải
vào là rất lớn, nhưng tính pha loãng của khí quyển cũng rất tốt, bởi vậy nồng độ chất
ô nhiễm trong khí quyển thường là rất nhỏ (dạng vết). Tốc độ hấp phụ của loại thiết
bò này nhanh, lượng chất ô nhiễm không thể nhanh chóng tập trung trên bề mặt chất
hấp phụ, đủ để làm giảm hiệu quả hấp phụ của lớp hấp phụ mỏng.
2/ Thiết bò với lớp hấp phụ dày
- 230 -

Sử dụng than củi làm chất hấp phụ với độ dày lớn hơn ½ inch (khoảng 12 cm),
với đôï dày này sẽ đủ sức giữ được một khoảng trống tối thiểu và thường làm đơn giản
hơn lớp hấp phụ mỏng, dễ dàng xác đònh lượng than hoạt tính sử dụng. Thiết bò hấp
phụ với lớp dày sẽ được sử dụng ở những nơi có yêu cầu sử dụng được trong thời gian
dài, ít phải thay đổi lớp hấp phụ. Ví dụ dùng để lọc sạch các khí thải từ các ống thải
của các lò sưởi dùng trong nhà, mức độ tập trung chất ô nhiễm cao. Việc hấp phụ chất
ô nhiễm trên bề mặt lớp hấp phụ là quá nhanh so với hấp phụ lớp mỏng, do vậy

không bò bít kín các lỗ hổng.
Hình 6.6:
Thiết bò hấp phụ bằng than hoạt tính
3/ Một số loại khác
Có thể bao gồm cả hai loại chất hấp phụ trong một hình trụ đứng hoặc trong một
hình trụ nằm ngang; một lớp hấp phụ chuyển động được chứa trong một tang trống
quay. Mỗi hình thức thích hợp với từng trường hợp cụ thể.
Ứng dụng của thiết bò hấp phụ:
- 231 -

Bao gồm một số các ứng dụng sau:
-

Thu hồi rượu đẳng propyl từ các quá trình chế biến nước cam - quýt;
-

Thu hồi metylclorua từ các nhà máy sản xuất phim ảnh;
-

Thu hồi hơi rượu etyl từ các lò nấu rượu Whisky;
-

Làm sạch khí thải từ các ống khói nhà bếp;
-

Làm sạch chất bẩn có trong không khí khi cung cấp dưỡng khí cho phòng mổ hoặc
phòng điều khiển điện.
c. Thiêu đốt khí thải
Có nhiều các hợp chất ô nhiễm không thể xử lý bằng phương pháp hấp thụ, hấp
phụ hoặc có hiệu suất rất thấp khi áp dụng các biện pháp này. Thông thường đó là

các chất hữu cơ khó phân hủy, chúng thường có cấu tạo mạch vòng khá phức tạp ví dụ
dioxyn, furan, các hợp chất dung môi từ các quá trình sơn, … Để xử lý các chất ô
nhiễm này, phương pháp thiêu đốt là thích hợp nhất.
Để cho quá trình cháy được hoàn toàn, phải có đủ lượng ôxy cung cấp cho quá
trình cháy, nhiệt độ, sự xáo trộn, thời gian cháy phù hợp.
+ Ôxy: là yếu tố rất cần cho quá trình cháy xảy ra. Những sản phẩm cuối cùng
của quá trình cháy phụ thuộc vào việc cung cấp ôxy. Ví dụ khi metal cháy mà không
đủ ôxy chúng sẽ tạo ra dạng cacbon rắn và dạng bụi khói và bồ hóng. Nếu đủ ôxy,
cacbon sẽ cháy hoàn toàn và tạo ra cacbon dioxit.
+ Nhiệt độ cháy: phải luôn luôn giữ ở nhiệt độ bốc cháy (nhiệt độ để gia nhiệt
cho quá trình cháy phải lớn hơn nhiệt độ bốc cháy, đủ để bù vào lượng nhiệt mất mát
do tổn thất nhiệt ra xung quanh). Nhiệt độ cháy của quá trình cháy vật chất thường
theo một khoảng rộng. Ví dụ: sulfur 470
o
F, metan 1.170 - 1380
o
F, CO 1.130 - 1.215
o
F. Lớp cách nhiệt trong lò đốt được thiết kế để chống thất thoát nhiệt ra bên ngoài.
Một ống khói có chiều cao và đường kính ống khói thích hợp sẽ giúp cho nhiệt độ khí
trong ống khói cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh, tạo điều kiện cho việc phát
tán vào khí quyển đạt tới mức cao nhất vào khí quyển.
+ Sự xáo trộn: nhằm tạo cho hỗn hợp ôxy và và dòng khí chứa chất ô nhiễm được
đồng đều trong suốt thời gian cháy. Có thể dùng vách ngăn hoặc vòi phun để tạo ra
độ khuấy động cần thiết. Hình dạng và chiều cao của ống khói của cũng là yếu tố tạo
ra sự khuấy động giúp cho pha loãng không khí.
- 232 -

+ Thời gian cháy: Hiệu quả của quá trình cháy phụ thuộc vào kích cỡ thích hợp
của buồng cháy. Tăng độ cao ống khói, tăng thời gian cháy sẽ hạn chế được lượng

khói bốc ra. Thời gian cháy phụ thuộc vào từng loại chất ô nhiễm, tuy nhiên thời gian
tối thiểu lưu khí trong buồng đốt là 2 giây sẽ đảm bảo cho quá trình phân hủy các chất
ô nhiễm để chuyển chúng về các chất ít bò ô nhiễm hay dễ xử lý hơn là CO
2
và hơi
nước.
Quá trình cháy các chất ô nhiễm cần cung cấp thêm năng lượng từ quá trinh đốt
nhiên liệu. Các loại nhiên liệu thường sử dụng cho các lò đốt là dầu FO, DO hoặc gas.
Thành phần của các loại nhiên liệu rắn, lỏng, khí hầu hết đều chứa C, H, O, S, độ tro
(A) và hơi nước (W), khi cháy sẽ tạo ra bụi, CO
2
, CO, SO
2
và H
2
O và sản phẩm
không cháy HC.
Nếu tập hợp các yếu tố như oxy, thời gian cháy, độ khuấy động, nhiệt độ cháy
được cung cấp thích hợp thì 1 lb (450 g) cacbon cháy sinh ra năng lượng 14.600 Btu,
đốt cháy 1 lb hydro sẽ sinh ra một lượng nhiệt ẩn trong hơi nước tương đương với
62.000 Btu. Đốt cháy 1 lb sulfur sinh ra sản phẩm sulfur dioxt tương đương với 4.050
Btu. Điều đó chỉ cho ta thấy rằng trong thành phần của than đá, sulfur khi cháy chỉ tạo
ra một năng lượng rất nhỏ. Bởi vậy việc làm sạch sulfur trước khi đốt nhiên liệu cũng
làm giảm năng lượng phát ra không đáng kể. Hơn nữa, tách sulfur ra khỏi than đá làm
cho quá trình cháy của cacbon dễ dàng hơn, đồng thời giảm lượng chất ô nhiễm do
sulfur oxit. Các quá trình cháy có thể phân loại ra như cháy trong lò đốt, cháy tự do
nhờ ngọn lửa, cháy nhờ xúc tác.
+ Lò đốt cháy:
Thông thường các lò đốt khí thải thường kết hợp với các quá trình xử lý chất thải
rắn bằng phương pháp đốt, đôi khi chúng cũng có thể chỉ sử dụng để đốt các loại khí

thải sinh ra. Do vậy lò đốt có thể được thiết kế dạng lò một hoặc hai cấp.
Với các lò đốt sử dụng để đốt chất thải nguy hại ở buồng đốt sơ cấp các chất thải
nguy hại sẽ đốt cháy các chất thải rắn nguy hại và sản phẩm của chúng là bụi, các
loại khí gas có thể cháy được. Ở buồng đốt sơ cấp thường áp dụng quá trình đốt nhiệt
phân với nhiệt độ kho
ả
ng 450 – 600
0
C. Dòng khí chứa các khí gas sẽ được thiêu đốt ở
buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ trong khoảng 1.000 – 1.200
0
C để phân hủy hết các
chất ô nhiễm cần xử lý. Thời gian lưu khí trong buồng thứ cấp tối thiểu là 2 giây.
Hình 6.7 giới thiệu sơ đồ đơn giản của một buồng đốt khí thải, thực chất đây là quá
trình ôxy hóa nhờ tác dụng của nhiệt.