Chương 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Phương hướng hiệu quả và tiến bộ hiện nay để giảm thiểu chất thải là cải tiến, sáng lập các
quá trình công nghệ không thải. Tuy nhiên cho đến nay phương tiện chủ yếu để giải quyết khí
thải ô nhiễm vẫn là các thiết bò, qui trình công nghệ xử lý khí thải cuối đường ống. Ở đây cần
lưu ý là kết quả của việc xử lý là phải thu được khí đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường và
chất độc hại phải được xử lý triệt để.

Do đó xử lý khí thải được hiểu là một quá trình sản xuất mà nguyên liệu là khí bò ô nhiễm,
còn sản phẩm phải là khí sạch và chất ô nhiễm được thu ở dạng thành phẩm có thể ứng dụng
trực tiếp hoặc làm nguyên liệu cho một quá trình công nghệ khác hay được chuyển về dạng
không độc.

3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Các phương pháp xử lý khí thải có thể được chia thành hai nhóm lớn:

Nhóm 1: Các phương pháp xử lý bụi;
Nhóm 2: Các phương pháp xử lý khí độc.

Có thể hình dung các phương pháp xử lý khí thải qua sơ đồ 3.1.

3.2 HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Hoạt động của thiết bò xử lý có thể được đánh giá bằng 2 đại lượng:

1. Nồng độ của chất độc còn lại trong khí thải. Đại lượng này cho biết khí sau xử lý
có đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường hay không.

2. Hiệu quả xử lý : được xác đònh bằng tỷ lệ chất thải được loại đi trên tổng số chất
thải trong khí thải ban đầu.

, …… 
n
là hiệu quả xử lý của thiết bò thứ 1, 2, … , n.

3.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THÔNG GIÓ

Nhiệm vụ của thông gió là áp dụng các biện pháp kỹ thuật để tạo ra bên trong các công trình
kiến trúc một môi trường không khí trong lành, không ngột ngạt, không nóng bức hoặc rét
buốt, có thành phần cơ lý nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc chuyển động của không khí … phù hợp để
tránh các tác hại tức thời cũng như hậu quả lâu dài đối với sức khoẻ con người.

3.3.1 Không khí và những đặc tính:

3.3.1.1 Thành phần hỗn hợp của không khí khô

Không khí khô là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau, trong đó có 2 thành phần chủ yếu là
Nitơ và Oxy. Bảng 3.1 trình bày thành phần các chất khí trong không khí khô (sạch).

Khí thải ô nhiễm
Xử lý bụi
Xử lý khí độc
Phương pháp
khô
Phương pháp
ướtâ
Phương pháp
hấp thụ
Phương pháp
hấp phụ
Phương pháp

Chất khí
Ký hiệu
% thể tích
% trọng lượng
Nitơ
N
2
78,00
75,00
xy
O
2
20,59
23,17
Argon
Ar
0,93
1,29
Cacbonic
CO
2
0,03
0,043
Khác (Ne, He, Kr )

Vết
Vết

3.3.1.2 Các thông số vật lý của không khí ẩm


).((%)%,.%. 21100100
bh
hn
bh
P
P
D
D

3. Dung ẩm: là lượng hơi nước trong khối không khí ẩm có trọng lượng phần khô là 1kg. Ký
hiệu d, tính bằng g hơi nước / kg kkk

).()/(
.
.
. 316226221000 kkkkghơinướcg
PP
P
PP
P
G
G
d
bhkq
bh
hnkq
hn

0
K
C
kka
= 1,005 + 1,8.d/1000 kJ/kg.
0
K (1.5)
C
kka
= 0,24 + 0,43.d/1000 kcal/kg.
0
K (1.6)

5. Entanpi: Entnapi là lượng nhiệt chứa trong khối kka có trọng lượng phần khô là 1kg. Ký
hiệu I, tính bằng kJ/kg hay kcal/kg.kkk
I = 1,005.t + (2500 + 1,8.t).d/1000 kJ/kg (1.7)
I = 0,24t + (597,3 + 0,43t).d/1000 kcal/kg (1.8)
Các chất độc hại bao gồm: nhiệt thừa, ẩm thừa, bụi, khí, hơi độc hại khác nhau.

3.3.1.3 Biểu đồ I – d

Sự liên hệ giữa các thông số của không khí ẩm t, , I, d và P
bh
có thể biểu diễn trên biểu đồ I
– d do giáo sư L.K. Ramzin (Nga) thiết lập năm 1918. Hình 3.2 sau trình bày giản đồ I – d.
(1.9)
Trong đó:
v – vận tốc chuyển động của không khí , m/s;
t
k
, t
ư
– nhiệt độ khô, ướt của không khí.
1.Cấu tạo biểu đồ
Trên cơ sở biểu thức (1.9) người ta đã xây dựng được biểu đồ t
hq
.
2.Cách sử dụng
Khi biết được các thông số t, , v của không khí xung quanh, ta sẽ tìm t
ư
trên biểu đồ I – d. ta
có t = t
k
, nối đường thẳng t
ư
và t
k
, cắt đường vận tốc gió tại điểm O và ta được giá trò t
hq
.
Thí dụ: trạng thái không khí có t
k
= 28
0
C,  = 80%, v = 1,3 m/s. Trên biểu đồ I – d ta tìm

Trên hình, t
hq
mà người Việt Nam cảm thấy dễ chòu t
hq
= 20  27
0
C, trong đó dễ chòu nhất là
t
hq
= 24,4
0
C vào mùa hè và t
hq
= 23,3
0
C vào mùa đông.
Một tổ hợp (t, , v) cho ta 1 giá trò t
hq
, tuy nhiên 1 giá trò t
hq
có rất nhiều tổ hợp (t, , v). Thực
tế cho thấy rằng khi  = 60  70% thì mới có cảm giác dễ chòu, ngoài phạm vi đó sẽ không có
cảm giác dễ chòu. 3.3.2 Tác động của môi trường không khí đến con người

1. Trạng thái ôn hòa dễ chòu của con người
Xét về mặt tâm sinh lý và kỹ thuật vệ sinh thì cảm giác ôn hòa dễ chòu của con người phụ
thuộc vào các yếu tố sau:

, Q
đl
, Q
dn
: lượng nhiệt trao đổi giữa người với môi trường xung quanh bằng con
đường bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt;
Q
mh
, Q
hh
: lượng nhiệt trao đổi do sự bay hơi mồ hôi và sự hô hấp.
Q
dn
và Q
hh
khá bé nên có thể bỏ qua, (1.2) trở thành:

Q
0
=  Q
bx
 Q
đl
 Q
mh
(1.11)

2. Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ Q
bx


0
K hay kcal/m
2
h.
0
C), được xác đònh
như sau:
   
 
bmd
bmd
bx
t
TT





44
100100
54
//
,

3. Lượng nhiệt trao đổi bằng đối lưu Q
đlPhụ thuộc vào nhiệt độ và vận tốc chuyển động của không khí xung quanh, được xác đònh

= 11,3(v
k
)
0,5
.

4. Lượng nhiệt trao đổi bằng bốc hơi mồ hôi Q
mhPhụ thuộc vào hiệu số áp suất hơi nước trong không khí P
hn
và áp suất hơi nước bảo hòa trên
bề mặt da P
bh
và vận tốc chuyển động của không khí v
k
, được tính theo công thức:
Q
mh
= 
mh
.w.F.(P
bh
– P
hn
) (1.14)

Trong đó:


Chƣơng 4: Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

4.1 Ô nhiễm do quá trình đốt

Nguồn khí thải do quá trình đốt là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất. Quá trình đốt tạo ra
các hiện tượng như khói quang hoá, các chất ô nhiễm như khói, bụi than, SO
2
, SO
3
, NO
2
, NO,
CO, CO
2
, THC. Quá trình đốt gồm có đốt công nghiệp (nồi hơi, máy phát điện, lò công nghiệp),
đốt nhiên liệu phục vụ cho sinh hoạt (nấu ăn, lò sưởi), đốt chất thải (rác và chất thải nguy hại), và
giao thông vận tải (ô tô, tàu thuyền, máy bay).

Bản chất của quá trình đốt thực chất là quá trình ôxy hoá khử, trong đó có phản ứng giữa nhiên
liệu (chất đốt) với ôxy ở nhiệt độ cao và sản phẩm cuối cùng là khí CO
2
và hơi nước.

Thành phần chất đốt nói chung gồm: C, H, O, N, S, tạp vô cơ, ẩm và khi cháy có sự tham gia của
không khí (thành phần của không khí chủ yếu là nitơ và ôxy). Chính vì thế mà sau khi cháy, sản
phẩm tạo thành ngoài khí CO
2
và hơi nước còn có các khí khác SO
x
, NO

quang hoá …

Trong khí thải là nguyên nhân gây ô nhiễm được đánh giá: 100% CO, 100% NO
x
, 100% Pb,
60% HC (số HC còn lại là 20% từ thùng đựng xăng, 20% từ buồng đốt). Xăng là một hỗn hợp
hydrocacbon được trưng cất từ dầu mỏ. Khi đốt cháy xăng dầu (trong xylanh xe ôtô) để thuận
tiện nhiềuta coi nó như một hydrocacbon đơn chất là octan hoặc isooctan, C
8
H
18
, phản ứng xảy
ra như sau

C
8
H
18
+ 12,5(O
2
+ 3,76 N
2
)  8CO
2
+ 9H
2
O + 47 N
2
, nhưng lại đốt cháy không hoàn
toàn hydrocacbon.

Tại thành phố HCM đến năm 1999 có 1,3 tr xe môtô, mỗi xe tiêu thụ khoảng 0,5kg xăng/ngày,
300.000 xe ôtô mỗi xe trung bình tiêu thụ 6kg nhiên liệu/ngày, giả sử 1% khối lượng không khí
là chất ô nhiễm thì lượng chất ô nhiễm hàng ngày được tính là

(1,3 x 10
6
) x (15 x 0,5) x 10
-2
+ (0,3 x 10
6
) x (15 x 6) x10
-2
= 367,5 tấn/ngày

Bảng 4.1 Lượng khí thải do ôtô thào ra khi tiêu thụ 1 tấn nhiên liệu
Chất ô nhiễm
Lượng khí thải độc hại (kg/tấn nhiên liệu)
Xe chạy xăng
Xe chạy dầu
CO
465,6
20,81
HC
23,28
4,16
NO
x

h
+ H
h
+ O
h
+ N
h
= 100%
- Thành phần cháy C
c
+ H
c
+ O
c
+ N
c
+ S
c
= 100%
- Thành phần khô C
k
+ H
k
+ O
k
+ N
k
+ S
k
+ A

cháy được sẽ tạo thành tro. Sản phẩm cháy của lưu huỳnh tạo thành khí SO
2
, gặp hơi nước có thể
tạo thành axít gây ăn mòn các thiết bị. Khí SO
x
là dạng khí độc, lưu huỳnh là nguyên tố có hại
trong nhiên liệu.

Ôxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu. Nhiên liệu càng non,
ôxy càng nhiều.

Độ tro (A) cũng là yếu tố tiêu cực cho nhiên liệu. Độ tro cao làm giảm thành phần chất cháy, gây
khả năng đóng kết ở các trung tâm buồng đốt và đáy lò, tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiêt của của
buồng lửa gây giảm hiệu quả đốt.

Độ ẩm của nhiên liệu (W) thể hiện mức độ chứa nước trong nhiên liệu. Độ ẩm lớn, thành phần
chất cháy giảm làm nhiệt trị giảm và khi đốt nhiên liệu, nhiệt bị hao phí một phần để làm bay hơi
nước.

2 Một số nhiên liệu

a. Nhiên liệu rắn

- Gỗ: có thành phần hoá học và nhiệt trị thấp, độ ẩm cao, độ tro thấp, nhiều chất bốc (80%
- 90%) nên dễ cháy.
- Than bùn: có độ ẩm cao, tới 90%, chất bốc chiếm khoảng 70%;
- Than nâu: sự phân hoá địa chất già hơn than bùn, độ ẩm 20 - 60%, độ tro từ 15 - 50%,
chất bốc từ 30 - 50%.
- Than đá: có tuổi địa chất cao hơn than nâu, hàm lượng cacbon lớn, chất bốc thay đổi
trong phạm vi lớn (từ 15 - 50%).

Độ nhớt quy ước ở 80°C và ở 100°C
-
8
15
6,9-9,5
2
Độ tro
%
< 0,15
< 0,15
< 0,3
3
Hàm lượng các tạp chất cơ giới
%
< 1
< 2,5
< 2,5
4
Hàm lượng nước
%
< 2
< 2
< 1
5
Hàm lượng lưu huỳnh
- Đối với mazut ít lưu huỳnh
- Đối với mazut lưu huỳnh cao
%
-
< 0,5

+25

+42

+26

+42
8
Nhiệt trị thấp tính đổi ra nhiên liệu thô
- Mazut có lưu huỳnh
- Mazut không có lưu huỳnh
MJ/Kg

40,55
40,00

40,40
39,85

40,20
39,75
9
Khối lượng riêng ở 20°C (không lớn hơn)
g/cm
3

-
1,015
-


, O
d
, N
d
, W
d
là thành phần phần trăm khối lượng.

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí tính theo công thức
Q = 30,5CO + 25,8H
2
+ 85,9CH
4
+ 143C
2
H
4
+ 55,2H
2
S + 0,28ΣC
m
H
n/100
Kcal/n.m
3
Q = 127,7CO + 108H
2
+ 359,6CH
4
+ 597,7C

Loại nhiên liệu
Tỷ trọng, kg/l
Nhiệt lượng, Kcal/kg
Than cốc
-
7.380
Than dầu
-
7.200
Than autraxit
-
6.810
Than non (30% ẩm)
-
3.990
Rác sinh hoạt
0,3 – 0,4
2.220
Gỗ (40% ẩm)
0,5 – 0,7
2.880
Dầu DO
0,9 – 0,96
9.980
Dầu FO
0,845
9.300
Dầu hoả
0,8
9.120

Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp
1,1 – 1,15
Đốt khí bằng mỏ đốt có phần hỗn hợp
1,05

2. Tính lượng không khí cần thiết khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

a. Đối với nhiên liệu rắn và lỏng

Giả thiết sau khi chuyển đổi sang thành phần sử dụng của nhiên liệu có

C
d
+ H
d
+ O
d
+ N
d
+ S
d
+ A
d
+ W
d
= 100%

Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước rằng:
- không tính sự phân hoá nhiệt của tro.
- Mỗi kg phân tử ở dạng khí có thể tích 22,4 n.m

d
: 2
O
O
d

32
O
d
: 32
N
N
d

28
N
d
: 28
S
S
d

32
S
d
: 32
A
A
d


/kg
d
kk
hàm ẩm của không khí g/n.m
3Lượng không khí ẩm thực tế cần thiết tính theo công thức
L
a
= α L
0
n.m
3
/kg

b. Đối với nhiên liệu khí

L
0
k
= 0,04762 [ 0,5CO + 0,5H
2
+1,5H
2
S + 2CH
4
+ Σ(m + n/4)C
m
H

sp
= VCO
2
+ VSO
2
+ VN
2
+ VO
2
+ VH
2
O n.m
3
/kg
VCO
2
= 0,0187C n.m
3
/kg
VSO
2
= 0,007S n.m
3
/kg
VO
2
= 0,21(α - 1)L
0
n.m
3

5
10
24
Cacbon
78
86
75
Lưu huỳnh
3
3
vết
Nitơ, ôxy
7
0,6
1
Tro
7
0,4
-

Bảng 4.6 Hệ số ô nhiễm đối với lò gạch (kg/tấn sản phẩm)
Nhiên liệu
Bụi (C)
SO
x

CO
THC
NO
x

32,49
6,5
0,65
Ghi chú: A và S theo thứ tự là hàm lượng tro và lưu huỳnh của nhiên liệu.

Bảng 4.7 Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp (kg/tấn nhiên liệu)
Ngành CN
Bụi (C)
SO
2
NO
x
CO
THC
SO
3
Khí tự nhiên
Nồi hơi nhỏ
0,061
20S
11,3f
0,82
0,036

Nồi hơi CN
0,061
20S
2,87
0,72
0,118

0,06
0,07
2,9
0,71
0,12

Đốt phục vụ sinh hoạt
0,06
0,07
2,05
0,42
0,17

Dầu DO
Nồi hơi CN
0,28
20S
2,84
0,71
0,35
0,28S
Máy phát điện
0,71
20S
9,62
2,19
9,79

Dầu FO
Nồi hơi nhỏ


3
42
21,5

Ghi chú:
f = 0.3505 – 0.005235L + 0.0001173L
2
(L là tải trọng TB của nồi hơi thông thường 87%)
P = 0.4 + 1.32S
A là hàm lượng phần trăm của tro trong nhiên liệu

Bảng 4.8 Tóm tắt các sản phẩm cháy và cách khống chế trong đốt rác thải
Chất ô nhiễm
Hàm lượng
Cách khống chế
Bụi
2.3 – 64.8 kg/tấn
Lọc tĩnh điện, lọc khô hiệu
quả 73 – 98%
NO
x
0.36 – 2.73 kg/t
Các yếu tố ảnh hưởng: t°,
không khí lò đốt, tỉ lệ khí dư.
Xác định hệ số α thích hợp
Đốt tuần hoàn giảm 35%
Đốt 2 bậc giảm 50%
Xử lý xúc tác giảm 90%
SO

S
,
PCDD
S
, PCDF
S

Do đốt plastic ở nhiệt độ
không thích hợp, nồng độ
trong khí thải của một số
nước: 1 – 700 μg/m
3
(PAH),
6.2 – 47 μg/m
3
(CB
S
, CP
S
,
PCB
S
), 0.5 – 56 μg/m
3

(PCDD
S
, PCDF
S
)