Xử lý khí bụi - Phương pháp, Nguyên tắc hoạt động và Ứng dụng

Tổng quan về bụi

Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi khói mù.

Bụi gây ra nhiều tác hại khác nhau nhưng trong đó tác hại với sức khoẻ con người là quan trọng nhất. Bụi thường gây tổn thương nặng đối với mắt, da, hệ tiêu hóa và đặc biệt là cho cơ quan hô hấp, nhất là bệnh phổi nhiễm bụi thạch anh (silicosis) do thở hít không khí có bụi bioxyt silic  (SiO2) lâu ngày. Bụi của vật liệu có tính ăn mòn hoặc độc, tan trong nước mà lắng đọng ở mũi, mồm sẽ gây tổn thương như làm thủng, rách các mô, vách ngăn mũi… Lượng bụi vào sâu trong phổi gây độc, dị ứng, hen suyễn. Đại diện cho nhóm bụi độc hại dễ tan trong nước là các muối của chì.

Phương pháp xử lý bụi

Sau đây là một số phương pháp xử lý bụi mà hiện nay đang sử dụng hiệu quả:
Sử dụng các loại thiết bị lọc bụi bằng phương pháp khô
- Buồng lắng bụi

Nguyên lý hoạt động: Buồng lắng bụi là 1 không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế các hạt bụi có đủ thời gian rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại.
Phạm vi ứng dụng: Sử dụng chủ yếu để lọc các hạt bụi thô - có tỷ trọng và kích thước lớn hơn 60mm, nồng độ ban đầu lớn, khí chuyển động với vận tốc nhỏ (<1÷2), các loại bụi có tính bám dính cao.
- Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính

Nguyên lý hoạt động: làm đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí chuyển động thì bụi có sức , quán tính lớn sẽ giữ nguyên hướng chuyển động ban đầu và va đập vào vật cản và bị giữ lại hoặc mất động năng và rới xuống đáy thiết bị.
Phạm vi ứng dụng: lọc các loại bụi có tỉ trọng và kích thước lớn hoặc bụi có tính bám dính cao.
- Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

Nguyên lý hoạt động: không khí mang bụi đi vào thiết bị chuyển động xoáy nhờ các cánh hướng dòng. Lực ly tâm sinh ra tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi và chạm vào thành ống bao và thoát ra qua khe để rơi vào nơi tập trung. Còn không khí sạch sẽ theo ống loa với cánh hướng dòng thoát ra ngoài.
Phạm vi ứng dụng: lọc các loại bụi có tỷ trọng và kích thước lớn: bụi gỗ, xi măng, gạch men, bụi thép,..bụi ko bám dính.
- Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng:
Nguyên lý hoạt động: Trong cyclone, lực ly tâm xuất hiện khi dòng khí chuyển động xoáy đi vào theo phương tiếp tuyến với vỏ hình trụ. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi bị văng ra khỏi dòng khí đập vào thành cyclone, phần còn lại cùng với dòng khí chuyển động xuống đáy phễu. Phần khí hạ xuống đáy phễu giải phóng khỏi các hạt được đẩy ngược lên trên và tiếp tục chuyển  động xoáy, thoát ra ngoài theo ống giữa.
Phạm vi ứng dụng: lọc các loại bụi có tỷ trọng và kích thước lớn: bụi gỗ, xi măng, gạch men, bụi thép,..bụi ko bám dính.
- Lưới lọc bụi

Nguyên lý hoạt động: khi dòng khí mang bụi đi qua lưới lọc các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra các tác động tương hỗ giữa bụi và vật liệu lọc. bụi được giữ lại dưới tác động va đập quán tính vào lớp lưới lọc.

Phạm vi ứng dụng: lọc các loại bụi ko có tính bám dính hoặc ít bám dính.
- Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Sơ đồ công nghệ hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Nguyên lý hoạt động: quá trình lọc thực hiện dưới tác dụng của điện trường. trong trường hợp này các ion âm và dương được tạo thành. Khi dòng khí mang bụi đi vào các hạt bụi sẽ được tích điện. Nhờ thế hạt bụi bị hút về phía các điện cực đối diện và mất điện tích rơi xuống phễu chứa.
Phạm vi ứng dụng: sử dụng tốt cho việc lọc các loại bụi nhỏ mịn (bụi hô hấp). Chúng chỉ lọc các loại bụi có khả năng tích điện tốt.
Sử dụng các loại thiết bị lọc bụi bằng phương pháp ướt
- Nguyên lý chung: 
Dựa vào nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí thải mang bụi và chất lỏng, chất lỏng này thu gom các hạt bụi và thải chúng ra khỏi thiết bị ở dạng cặn bùn.
- Phạm vi áp dụng chung: Sử dụng để lọc các loại bụi nhỏ mịn hoặc khi yêu cầu lọc bụi cao. Các hạt bụi có kích thước > 3-5 μm , kết hợp lọc bụi và khử khí độc trong phạm vi có thể, cần làm nguội khí thải, chất lỏng kết dính, không an toàn về cháy nổ.
Độ ẩm cao trong khí thải khi đi ra khỏi thiết bị lọc không gây ảnh hưởng gì đáng kể đối với thiết bị cũng như các quá trình công nghệ liên quan.
Tuy nhiên tùy theo các yêu cầu về chất lượng, kích thước, hoặc công suất mà ta sẽ chọn những thiết bị khác nhau.
- Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng
Nguyên lý hoạt động: Nước phun từ trên xuống, dòng khí dẫn từ dưới lên. Cũng có thể phun nước ở bốn phía và dẫn khí đi ngang. Khi có tiếp xúc giữa dòng khí thải mang bụi và các giọt nước, hạt bụi sẽ bị giữ lại và bị thải ra khỏi thiết bị ở dạng cặn bùn.
Phạm vi áp dụng:  Sử dụng khi vận tốc dòng vào nhỏ 0,6 – 1,2 m/s , kích thước thiết bị lớn.Sử dụng để lọc các loại bụi thô trong khí thải đồng thời để làm nguội khí thải. Được sử dụng như 1 cấp lọc chuẩn bị để giảm nồng độ bụi ban đầu để đi qua lọc tĩnh điện.
- Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng có tưới nước (tháp rửa khí hay Scrubber).

Nguyên lý hoạt động: Vật liệu rỗng được tưới ướt bởi nước, dòng khí dẫn từ dưới lên hoặc đi ngang xuyên qua lớp vật liệu. Khi có tiếp xúc giữa dòng khí thải mang bụi và bề mặt được tưới ướt của vật liệu rỗng, hạt bụi sẽ bị giữ lại trên bề mặt vật liệu sau đó bụi bị rửa trôi và thải ra khỏi thiết bị ở dạng cặn bùn.
Phạm vi áp dụng: Cần lọc sạch bụi mịn với hiệu quả tương đối cao. Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất là các loại khí, hơi cháy được có mặt trong khí thải. Cho phép làm việc với vận tốc khí lớn ( có thể đạt tới 10 m/s).
Ưu điểm:  kích thước thiết bị gọn nhẹ hơn. Hiệu quả đạt 90% đối với hạt bụi > 2 μm.
- Thiết bị lọc bụi (rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt
Nguyên lý hoạt động: Cấp nước vào đĩa được đục lỗ 1 lượng vừa đủ để tạo một lớp nước có chiều cao thích hợp. Dòng khí đi từ dưới lên qua đĩa đục lỗ làm lớp nước sủi bọt. Bụi trong không khí tiếp xúc với bề mặt của những bong bóng nước và bị giữ lại rồi theo nước chảy xuống thùng chứa.
Phạm vi áp dụng: Lọc được bụi cỡ bằng hoặc trên 5 μm với hiệu quả lọc tương đối cao. Áp dụng đối với bụi dễ thấm ướt.
- Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động
Nguyên lý làm việc: Cho dòng khí đi từ dưới lên qua các hạt hình cầu được làm ướt và các hạt hình cầu này có thể di chuyển tự do trong hỗn hợp khí nước bên trong thiết bị. Khi đó các hạt bụi sẽ bám vào lớp nước trên các hạt hình cầu và bị giữ lại. Khi các quả cầu va chạm và cọ sát vào nhau chúng sẽ tự rửa sạch lớp bụi cặn bám trên bề mặt.
Phạm vi áp dụng: Hiệu quả lọc có thể đạt đến 99% đối với bụi có cỡ hạt >= 2 μm. Thiết bị cho phép nhận vận tôc khí trong phạm vi 5 – 6 m/s.
- Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dưới tác động va đập quán tính.
Nguyên lý hoạt động: Nước và khí thải chứa bụi tiếp xúc với nhau nhờ sự va đập của dòng khí vào bề mặt nước. Tiếp theo hỗn hợp khí nước luồng lách qua các khe hở và hình thành các giọt nước mịn trong dòng khí. Do sự va đập quán tính mà các hạt bụi bị giữ lại trong nước và không khí sạch thoát ra ngoài.
Phạm vi áp dụng: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim để lọc bụi thông thường và bụi có tính dính kết cũng như các loại bụi dễ gây chát nổ. Hiệu quả lọc khá cao đối với bụi có cỡ hạt trên 3-5 μm.
Ưu điểm: Do không cần vòi phun lỗ nhỏ dễ bị tắc do bụi bám nên thiết bị làm việc được với nồng độ  ban đầu cao. Thiết bị tự tuần hoàn nước bên trong và bổ sung nước không cần bơm áp suất cao. Vận tốc dong vào phải đạt 15 m/s.
- Xiclon ướt.

Nguyên lý làm việc: Dùng lực ly tâm để phân ly bụi ra khỏi dòng khí tương tự như xiclon khô. Tuy nhiên thiết bị này được phun nước bên trong tạo thành 1 lớp màng trên mặt trong của thành Xiclon, khi bụi đã chạm vào thành thì không có khả năng bắn ngược trở lại vào dòng khí do đó hiệu quả lọc được tăng cao.
- Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống VENTURI.
Nguyên lý làm việc: Khí thải chứa bụi đi qua ống venturi sau đó đi khí sẽ chuyển động xoáy theo phương tiếp tuyến trong thân hình trụ và đi lên ra ngoài. Tại chỗ thắt của ống venturi có lắp vòi phun nước, khi khí thải đi qua với vận tốc lớn sẽ cuốn theo nước và tạo thành các giọt nước mịn. Bụi trong khí thải sẽ va đập quán tính vào các giọt nước và bị giữ lại trên bề mặt giọt nước. Sau đó khi các hạt nước mang theo bụi chuyển động xoắn ống trong thân hình trụ sẽ bị ép vào thành và trượt xuống theo ống xả ra ngoài.
Phạm vi áp dụng: Có khả năng khử được 100% loại bụi có đường kính hạt trên 5 μm, và 97,9% đối với hạt có đường kính hạt 1 μm.