Một số phương pháp xử lý khí thải độc hại

1. Khái niệm, nguồn gốc khí thải độc hại

+ Khái niệm: Khí thải độc hại là khí thải chứa các thành phần độc hại như: CO, CO2, SO2, NOx,…… làm ảnh hưởng đến không khí và sức khỏe của con người.

+ Nguồn phát sinh: Khí thải độc hại thường phát sinh trong các hoạt động sản xuất công nghiệp.

2. Một số phương pháp xử lý khí thải độc hại

2.1 Phương pháp thiêu đốt

+ Khái niệm: Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao để giảm nồng độ chất ô nhiễm và có khả năng xử lý với khối lượng lớn trực tiếp được xử lý tại buồng đốt.

+ Ứng dụng: Phương pháp này thường dùng trong các trường hợp khi mà khí thải phát sinh từ các quá trình sản xuất,… không thể thu hồi hoặc tái sinh được.

+ Phương pháp này có 2 loại: Có xúc tác và không có xúc tác.

- Phương pháp thiêu đốt không có chất xúc tác

+ Nhiệt độ của quá trình thiêu đốt này không đòi hỏi quá cao để phân huỷ hoàn toàn chất và thường dùng khi nồng độ các chất độc hại cao (vượt quá giới hạn bốc cháy).

=> Ví dụ như đốt khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ. Sản phẩm của quá trình đốt này thường là CO₂., hơi nước và các khí không hoặc ít độc hại. Nhiệt độ đòi hỏi cho việc đốt khí và hơi thải thường phải từ 800-1000^oC.

- Phương pháp thiêu đốt sử dụng chất xúc tác

+ Thiêu đốt có chất xúc tác cần diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và nhiệt độ đốt khoảng 250-300^oC. Trong phương pháp này thường sử dụng các bề mặt kim loại như: Các dải băng bạch kim, đồng, crom, niken,… làm chất xúc tác.

=> Phương pháp có chất xúc tác thường thích hợp cho các khí thải độc hại và có nồng độ gần với giới hạn bắt lửa.

2.2 Phương pháp ngưng tụ

+ Khái niệm: Xử lý khí thải bằng phương pháp ngưng tụ là dựa trên sự hạ thấp nhiệt độ dòng khí thải xuống một giá trị nhất định (dưới điểm sôi của chất ô nhiễm) khi đó các chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ lại thành dạng lỏng, sau đó có thể dễ dàng tách mang đi xử lý và tiêu huỷ.

+ Đặc biệt, phương pháp này chỉ phù hợp với những trường hợp khí thải có nồng độ hơi tương đối cao (>>20g/m3).

+Lựa chọn tác nhân làm lạnh dựa vào chất ô nhiễm: Để có thể chọn được tác nhân làm lạnh phù hợp, người ta thường dựa vào yêu cầu làm lạnh hay chính là nhiệt độ sôi của chất ô nhiễm cần xử lý, cụ thể như sau:

- Nhiệt độ sôi > 0 độ C: nước lạnh hoặc không khí lạnh.
- 0 độ C > Nhiệt độ sôi > -50 độ C: dung môi bay hơi.
- -50 độ C >Nhiệt độ sôi > -120 độ C: Nito lỏng.

+ Xử lý khí thải bằng phương pháp ngưng tụ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất của cả quá trình: nhiệt độ càng lạnh hoặc áp suất càng cao thì hiệu suất càng lớn.

+ Ứng dụng: Phương pháp này áp dụng cho các hỗn hợp khí có nhiệt độ thấp và nồng độ hơi tương đối cao. Như các dung môi hữu cơ: Xăng, dầu, axeton, toluen,… đối với các dung môi hữu cơ có nhiệt độ sôi cao thì có thể thu hồi lại được bằng cách đơn giản và đỡ tốn kém hơn so với dung môi có nhiệt độ sôi thấp.

2.3 Phương pháp sinh hóa, vi sinh

+ Khái niệm: Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là việc ứng dụng các loài vi khuẩn có khả năng tham gia phân hủy các chất ô nhiễm trong dòng khí bẩn, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, có một số loài vi khuẩn chuyên biệt có thể phân huỷ hợp chất vô cơ như H2S, NH3…

+ Các đối tượng xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học gồm 2 nhóm chính, đó là:

- Các chất khí hơi có mùi hôi
- Các hợp chất hữu cơ

+ Ứng dụng: Các nhà máy xi măng, chế biến dầu ăn, chế biến nông sản, chế biến hải sản, chế biến tinh bột sắn là đối tượng có thể xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học.

2.4 Phương pháp hấp phụ

+ Khái niệm: Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân ly khí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí, trong quá trình đó các phân tử khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu hấp phụ, bằng cách cho dòng khí đi qua tháp chứa vật liệu hấp phụ.

+ Ứng dụng: Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trong môi trường khí nói chung, khử khí độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải. => Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho các trường hợp:

- Chất khí ô nhiễm không cháy hoặc khó đốt cháy
- Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi
- Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được.

+ Quá trình hấp phụ được chia thành:

- Hấp phụ vật lý: Các phân tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử. Quá trình này có tỏa nhiệt độ nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử.
- Hấp phụ hóa học: Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lý. Do vậy nhiệt lượng tỏa ra lớn hơn và cần nhiều năng lượng hơn. Nếu quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ người ta gọi là quá trình hấp phụ hóa học kích hoạt, còn nếu quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh và không phụ thuộc vào nhiệt độ người ra gọi đó là quá trình hấp phụ hóa học không kích hoạt.

Hình ảnh: Thiết bị hấp phụ

+ Nguyên lý hoạt động: Dòng khí thải đi vào thiết bị từ ống 1, khi dòng khí thải đi qua các lớp vật liệu hấp phụ 2 khí thành phần trong hỗn hợp khí thải được bám giữ trên các bề mặt vật liệu còn không khí sạch thoát ra ngoài theo đường ống 3.

+ Vật liệu hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý thải cần đáp ứng được một số yêu cầu:

- Có khả năng hấp phụ lớn.
- Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí thải.
- Có tính lựa chọn cao
- Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ý hơn khi sử dụng chúng trong những thiết bị hoạt động liên tục.
- Có khả năng hoàn nguyên.
- Có giá thành thấp.

2.5 Phương pháp hấp thụ

+ Khái niệm: Hấp thụ khí thải là phương pháp sử dụng chất lỏng, rắn để làm nguyên liệu hấp thụ khí độc từ quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy. Đây là quá trình chuyển các chất khí độc hại cần xử lý vào trong pha lỏng. Nhờ quá trình hòa tan nên làm chúng tiếp xúc với nhau. Thông thường sử dụng làm sạch hấp thụ hợp lý khi nồng độ của thành phần khí độc hại trong dòng khí thải khá lớn: Cao hơn 1% theo thể tích.

+ Hấp thụ gồm 2 phương thức:

- Hấp phụ vật lý: Trong quá trình hấp thụ không xảy ra tương tác hóa học. Hấp thụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Chất hấp thụ vật lý thường được sử dụng phổ biến là nước, đồng thời cả những dung dịch hữu cơ – không điện phân, không phản ứng với khí thành phần và dung dịch của chúng. Sử dụng nước rất hợp lts để làm sạch thể tích lớn khí thải áp suất thấp (khí thải sản xuất công nghiệp) bởi vì trong những thiết bị lớn khó mà tránh khỏi tổn hao dung dịch hấp thụ, mà nước lại là chất hấp thụ có giá thành rẻ, dễ cung cấp.
- Hấp thụ hóa học: Trong quá trình hấp thụ xả ra tương tác hóa học giữa các phân tử hoạt tính khí của chất hấp thụ và tạo hỗn hợp hóa học mới. Khi áp lực này cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dịch ít hơn một chút so với sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hoàn toàn khỏi dòng khí thải.

Hình ảnh: Thiết bị hấp thụ

+ Quá trình hấp thụ bao gồm 3 bước chủ yếu:

- Bước 1: Sự khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của dung dịch hấp thụ
- Bước 2: Sự thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung dịch hấp thụ.
- Bước 3: Sự khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ

Trong quá trình hấp thụ. Các phần tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn và làm sạch. Những chất khí độc hại bị giữ lại gọi là chất bị hấp thụ.

=> Ưu điểm của phương pháp này: Thích hợp với các loại khí đọc hại dễ hòa tan trong dung dịch hay dễ phản ứng với các tác nhân hấp thụ chứa trong nước như là các khí: SO2, NOx, HF, HCl…

=> Nhược điểm: nước thải của thiết bị sẽ bị nhiễm bẩn và đôi khi phải có thiết bị xử lý nước kèm theo.

+ Chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí cần phải thỏa mãn 1 số yêu cầu sau:

- Có đủ khả năng hấp thụ cao.
- Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra.
- Có tính bốc hơi nhỏ.
- Có những tính chất động học tốt.
- Có khả năng hoàn nguyên tốt.
- Có tính ổn định nhiệt hóa học.
- Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị.
- Có giá thành rẻ và dễ kiếm.