Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải

1. XỬ LÝ KHÍ THẢI LÀ GÌ?

Là quá trình xử lý lượng khí thải thoát ra từ các nhà máy, xí nghiệp trong quá trình hoạt động. Tùy vào đặc tính sản xuất của từng nhà máy mà khí thải thoát ra môi trường có các thành phần và tính chất khác nhau. Các chất thường gặp trong khí thải ngành công nghiệp là H2S, SO2, CO2, Tro bụi từ quá trình đốt nhiên liệu (tại các nhà máy nhiệt điện, lò đốt than, đốt gạch) hoặc bụi từ các nhà máy sản xuất xi măng...

Dựa vào tính chất và thành phần của khí thải thoát ra của từng đơn vị mà ta có phương án phù hợp để xử lý triệt để nguồn khí gây ô nhiễm này.

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI PHỔ BIẾN HIỆN NAY

a. Xử lý khí thải bằng phương pháp cơ học

* Cyclon

Là thiết bị có trong rất nhiều các hệ thống xử lý khí thải, là giai đoạn xử lý sơ bộ để tách đa phần lượng bụi lớn trong dòng khí thải.

Kích thước hạt là một thông số cơ bản trong việc thiết kế thiết bị Cyclon tách bụi. Việc lựa chọn thiết bị tách bụi tùy thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. Trong các thiết bị tách bụi đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng như đại lượng đường kính lắng.

Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau (dạng cầu, que, sợi,...); nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh. Các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố phân tán của chúng.
 

 

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Cyclon

* Túi lọc bụi

Túi lọc bụi là một trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xử lý khí thải, do túi lọc bụi dễ dàng thi công, hiệu xuất xử lý cao và giá thành tương đối hợp lý.

Nguyên lý của túi lọc bụi như sau: Cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ.

Hiệu quả lọc đạt tới 99.8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc. Sau 1 khoảng thời gian hoạt động lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn hiệu quả xử lý khí thải thì tăng lên tuy nhiên tốc độ và lưu lượng khí thải qua vải lọc sẽ giảm đi rõ rệt, do đó ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải. Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc.

Vải lọc thường được may thành túi lọc hình tròn đường kính D= 125 - 250 mm hay lớn hơn và có chiều dài 1.5 đến 2 m. Cũng có khi may thành hình hộp chữ nhật có chiều rộng b= 20 - 60 mm; Dài l= 0.6 - 2m. Trong một thiết bị có thể có hàng chục tới hàng trăm túi lọc bụi.
 

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị lọc bụi túi vải

* Lọc bụi tĩnh điện

Lọc bụi tĩnh điện thường sử dụng cho các hệ thống xử lý khí thải phát sinh nhiều bụi mịn như hệ thống xử lý khí thải các nhà máy nhiệt điện, các lò hơi đốt than...

Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: Khi cho dòng không khí lẫn bụi đi qua điện trường 1 chiều đủ mạnh, chất khí sẽ bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi làm bề mặt hạt bụi nhiễm điện. Do tác dụng của lực điện trường, hạt điện tích điện sẽ bị hút về cực khác dấu (thường là cực dương). Khi va vào điện cực, hạt bụi bị trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy xả bụi.

Điện trường một chiều trong thiết bị thường có điện áp rất cao, từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị. Trong điện trường, hạt bụi đường kính 0,1mm sẽ tích điện tối đa trong khoảng 1 giây. Vì thế thời gian dòng khí đi qua thiết bị từ 2 – 8 giây tuỳ theo thiết bị.

Xử lý khí thải bằng thiết bị lọc bụi tĩnh điện hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7 g/cm³. Nó thường được sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng lắng và Cyclon. Nó còn có ưu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt độ rất cao mà không làm nguội khí thải.

Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0.2 KW / 1000m³/h vì trở lực thấp (10 – 20 kg/m²). Tuy vậy, nồng độ các chất gây cháy nổ trong khí thải như CO, bụi than… cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh bị kích nổ do dòng khí bị ion hóa phát sinh ra tia lửa điện.
 

Nguyên lý lọc bụi tĩnh điện

b. Xử lý khí thải bằng phương pháp sử dụng tháp hấp phụ

Có một vài loại chất rắn có cấu tạo dạng hạt trên mỗi hạt có chứa vô cùng nhiều các lỗ nhỏ li ti có khả năng hấp phụ, bắt giữ mà không có phản ứng hóa học gì với khí độc. Các khí độc này có thể được nhả ra trong một điều kiện nhất định .Các chất rắn đó được gọi là chất hấp phụ .Trong thực tế thường xử dụng than hoạt tính, kaolin hoạt hóa, geolit, silicagen…Phương pháp này được dùng chủ yếu để hấp phụ các hơi khí có mùi, các hơi dung môi hữu cơ… Hiệu quả của phương pháp này có thể đạt tới 90 - 98%.

Việc xử lý khí thải bằng các tháp hấp phụ đã được sử dụng từ cách đây hàng chục năm vì tính ưu việt và đơn giản của chúng.

* Xử lý khí thải bằng tháp hấp thụ than hoạt tính

Thường được sử dụng trong quá trình xử lý khí thải của các máy in công nghiệp, các buồng gia nhiệt công suất nhỏ.

Đặc điểm của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là lưu lượng khí thải nhỏ, nồng độ ô nhiễm trong khí thải thấp.

Tháp than hoạt tính thường được thiết kế bằng thép CT3 hoặc bằng nhựa, có các cửa thăm thao tác đủ rộng để thay thế và lắp đặt lớp than hoạt tính trong tháp.

Than hoạt tính sử dụng trong tháp thường là than hoạt tính có kích thước trung bình (5-20mm) nhằm tránh trường hợp bị tắc lớp than.

Than được đổ trong các túi lưới chứa than trước khi cho vào trong tháp nhằm thuận lợi cho việc thay thế than sau này.
 

Tháp hấp thụ khí thải bằng than hoạt tính

* Hấp thụ bằng các vật liệu rắn có khả năng tác dụng hóa học với khí thải

Các vật liệu hấp phụ thường thấy như: Silica gel, Zeolite.

Phương pháp này thường chỉ được áp dụng khi xử lý khí thải có duy nhất một thành phần ô nhiễm nhất định, hoặc được sử dụng trong phương pháp thu hồi khí thải, làm khô khí (vd: Oxy, khí thiên nhiên) và hấp phụ các hydrocarbon nặng (phân cực) từ khí gas thiên nhiên

Trong lĩnh vực xử lý khí thải thông dụng, chưa có ứng dụng rộng rãi phương pháp xử lý này.

c. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Trong tháp hấp thụ dòng khí sẽ được phân bố vào thiết bị ở phía dưới và dòng dung dịch hấp thụ sẽ được phân bố theo chiều từ trên xuống. Dung dịch này được bơm ly tâm vận chuyển từ bể chứa dung dịch hấp thụ, qua bộ phân phối tạo thành những giọt lỏng kích thước nhỏ, phun đều vào thiết bị.   

Tháp hấp thụ trong xử lý khí thải có cấu tạo hai tầng, mỗi tầng đảm nhiệm một vai trò trong toàn bộ quá trình xử lý.

Tại phần dưới của thiết bị xử lý, dung dịch hấp thụ được hệ thống phân phối khí chuyên dụng (bép phun) phân phối đều trong toàn bộ thể tích tháp, dòng khí thải đi từ dưới lên tiếp xúc với nước thải, tại đây toàn bộ lượng bụi trong khí thải được giữ lại, đồng thời một phần các chất ô nhiễm được hấp thụ tại đây.

Tại tầng trên của tháp bố trí lớp đệm hấp thụ có tác dụng tăng sự tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch hấp thụ. Tại các vật liệu đệm hấp thụ, dung dịch hấp thụ tạo thành các màng nước là nơi tiếp xúc với dòng khí thải, các chất ô nhiễm trong khí thải được hấp thụ triệt để vào đây. 

Trong hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ chia làm 2 loại:

* Xử lý khí thải có nhiệt độ cao:

Các khí này có tính chất là có nhiệt độ cao, thành phần chính của các khí này là COx, SOx, NOx, Flo… khi tác dụng với nước trong dung dịch hấp thụ sẽ sinh ra các axit có tính chất ăn mòn cao.

Tùy thuộc vào từng loại khí thì có độ ăn mòn với từng loại vật liệu riêng biệt. Khi thiết kế và lựa chọn vật liệu, người thiết kế phải lưu ý một vài chú ý sau:

• Khí thải của lò nấu đồng và lò nấu nhôm sau khi hấp thụ có khả năng ăn mòn cả Inox. Do đó trong tháp xử lý tốt nhất nên bọc thêm lớp gạch chịu axit.
• Khí thải của các lò đốt khác có thể chế tạo bằng Thép CT3 sau đó bọc gạch chịu nhiệt, chịu axit.
• Vật liệu đệm sử dụng trong tháp xử lý khí thải này thường chọn là loại đệm sứ.
• Thêm một chú ý quan trọng là trong hệ thống xử lý khí thải lò nấu có nhiệt độ cao, kiên quyết phải có hệ thống trung hòa pH và hệ thống tháp làm mát dung dịch tuần hoàn.

* Xử lý khí thải có nhiệt độ thấp (khí nguội)

Là các khí phải sinh từ các nguồn như: khí thải các bể axit, bể tẩy rửa kim loại, bể mạ, khí thải của các quá trình đốt cháy nhưng không có lửa hoặc sinh nhiệt thấp như khí thải trong quá trình đúc chảy hạt nhựa, khí thải của quá trình cắt bao bì…

Với đặc trưng khí thải này thì vật liệu tối ưu làm thân thiết bị là vật liệu nhựa PP hoặc Composite.

Vật liệu đệm hấp phụ tối ưu nhất nên chọn là Pall Ring (có dạng hình trụ vật liệu bằng nhựa – hình dưới).

d. Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là cách lợi dụng các vi sinh vật để phân hủy hay tiêu thụ các khí thải độc hại. Qua đó, các thành phần vô cơ, hữu cơ độc hại có trong khí thải sẽ được đồng hóa và thải ra các khí như CO₂,… Thích hợp nhất để xử lý khí thải công nghiệp.

Nói về các phương pháp xử lý khí thải sinh học có rất nhiều, nhưng được ưu tiên áp dụng vẫn là 3 phương pháp dưới đây:

• Xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter: Còn gọi là công nghệ lọc sinh học, áp dụng cho các hợp chất hữu cơ bay hơi nồng độ thấp và khí thải có mùi hôi. Ưu điểm là giá thành thấp, hệ thống lọc sinh học sinh động, ít sử dụng hóa chất, hiệu suất xử lý cao. Nhược điểm là thời gian sinh vật thích nghi với môi trường có thể kéo dài vài tháng, nếu các hợp chất chứa Chlor sẽ không phân hủy được.
• Xử lý bằng công nghệ Bio – Scrubber: Tức là sử dụng các thiết bị làm sạch sinh học, hiệu quả cao hay thấp phụ thuộc vào màng lọc vì đây chính là nơi trao đổi giữa khí thải nhiễm bẩn và chất hấp phụ.
• Xử lý bằng Biocreator chứa các màng lọc Polymer: Còn gọi là Biocreator bọc lớp rửa, hiện đang được đánh giá là công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học tân tiến nhất, có mức độ ổn định cao, cùng khả năng tái sinh tự nhiên cofactor xảy ra liên tục trong quá trình hóa sinh.

 

e. Xử lý khí thải bằng phương pháp ướt

Nhắc đến các phương pháp xử lý khí thải không thể không kể tên phương pháp ướt. Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là cho luồng khí cần xử lý chưa bụi tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng thành phần chủ yếu là nước để lọc những hạt  bụi siêu nhỏ, siêu mịn, chỉ khoảng 3,5 micromet.

Cuối cùng, bụi được giữ lại và được tách ra khỏi dòng khí thải dưới dạng bùn, đem lại hiệu quả xử lý lên đến 90%, trong khi đó khả năng làm việc với vecto vận tốc cũng rất đáng kinh ngạc, khoảng 10 m/s.

Một số thiết bị xử lý bằng phương pháp ướt đem lại hiệu quả cao có thể kể đến như:

• Thiết bị lọc bụi có thiết kế đĩa đựng nước sủi bọt
• Buồng phun hoặc hòm rửa khí rỗng
• Đồ lọc bụi có lớp hạt hình cầu di động
• Ống venturi để lọc bụi bằng cách phun nước
• Xyclon ướt
• Tháp rửa khí

Hiện tại, phương pháp ướt đang được áp dụng xử lý khí thải lò hơi, lò đúc, clo rò rỉ, khí thải pha chế hóa học chất công nghiệp, acid trong dây chuyền tẩy rửa kim loại, luyện kim, sơn tĩnh điện,…Ưu điểm lớn nhất của việc xử lý khí thải bằng phương pháp ướt là vận hành đơn giản, đem lại hiệu suất lọc bụi cao, đồng thời có thể tiếp xúc được với khí thải nhiệt độ lớn.

f. Xử lý khí thải bằng phương pháp thiêu đốt

Nếu quý khách hàng đang tìm giải pháp xử lý khí thải CO, hơi sơn nói riêng, khí thải dễ cháy nói chung, cũng như khí thải công nghiệp thì phương pháp thiêu đốt là một trong những sự lựa chọn hoàn hảo nhất hiện nay.

Nguyên tắc của phương pháp thiêu đốt là dùng hệ thống hút, sau đó cho vào hệ thống bình khí nén để đốt. Trên thực tế, phương pháp đốt là phương pháp thiêu hủy bằng nhiệt, thích hợp với những loại khí thải không thể tái sinh và thu hồi. Sản phẩm được tạo ra trong quá trình đốt là CO₂, hơi nước và các loại khí không chứa hoặc chứa rất ít chất độc hại.

Để thực hiện phương pháp đốt khí thải, chúng ta có thể áp dụng theo 2 cách:

• Cách 1: Đốt không xử dụng chất xúc tác, thường áp dụng khi nồng độ các chất độc hại trong khí  thải cao (vượt quá giới hạn bắt lửa).
• Cách 2: Đốt xúc tác. Niken, đồng, bạch kim là những vật liệu được dùng để làm chất xúc tác, nhiệt độ thiêu đốt thấp, thích hợp với những loại khí thải độc hại có nồng độ thấp (gần với giới hạn bắt lửa).

g. Xử lý khí thải bằng phương pháp ngưng tụ

Được chia làm 2 trường phái khác nhau, gồm:

• Phương pháp ngưng tụ gián tiếp: Còn gọi là ngưng tụ bề mặt, quá trình xử lý được diễn ra trong quá trình trao đổi nhiệt có tường ngăn cách giữa khí và tác nhân làm lạnh, đi ngược chiều nhau, thường được bố trí thành nhiều ngăn, nhiều lớp.

• Phương pháp ngưng tụ trực tiếp: Còn gọi là ngưng tụ hỗn hợp, khí và tác nhân làm lạnh được tiếp xúc trực tiếp với nhau nhằm chuyển cấu tử cần tách thành dạng lỏng khi thay đổi nhiệt độ, trong khi đó hỗn hợp khí sẽ thải ra ngoài. Nhược điểm, phương pháp này tương đối hao phí chất làm lạnh nên không được đánh giá cao bằng phương pháp gián tiếp.

Thông thường, để lựa chọn được các tác nhân làm lạnh phù hợp chúng ta sẽ dựa vào nhiệt độ sôi của các chất ô nhiễm cần xử lý, ví dụ:

• Nhiệt độ sôi > 0⁰C: Dùng không khí lạnh hoặc ướp lạnh
• 0⁰C > Nhiệt độ sôi < 50⁰C: Dùng dung môi bay hơi
• -50⁰C >Nhiệt độ sôi > -120⁰C: Dùng nitơ lỏng.

Để tìm hiểu thêm về dịch vụ hoặc có nhu cầu hợp tác, Quý khách hàng vui lòng liên hệ:

• CÔNG TY TNHH KT CN ĐẠT HOÀNG GIA 
• Địa chỉ: Số 104 Đường Đồng Cây Viết, Phường Phú Mỹ, Tp Thủ Dầu Một, Tỉnh Bình Dương
• Điện thoại: 0906.313.246 
• Email: moitruongcms@gmail.com
• Website: moitruongcms.com

Chúng tôi chuyên cung cấp, tư vấn triển khai:
     -  Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải
     -  Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải
     -  Tư vấn hồ sơ môi trường
     -  Vận hành hệ thống xử lý nước thải
     -  Thi công xây dựng hệ thống xử lý nước thải, khí thải