Công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ | Xử lý khí thải | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
Tháp hấp thụ xử lý khí thải | Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
I.Khái niệm, phân loại, cơ chế 1. Khái niệm
Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ là phương pháp sử dụng cách hấp thụ
khí bằng chất lỏng, rắn là quá trình chuyển các chất độc hại khí cần xử lý vào trong
pha lỏng nhờ quá trình hòa tan làm chúng tiếp xúc với nhau
Các chất hóa học thường được sử dụng trong phương pháp hấp thụ là các dung
dịch bazo: KOH, NaOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3... Xử lý hấp thụ
bằng quá trình hấp thụ cũng được sử dụng rộng rãi để hút ẩm không khí, khí độc và
mùi trong khí thải. Nó giúp thu hồi hơi, khí sạch trộn lẫn với không khí hoặc khí thải. 2. Phân loại
Có 3 phương pháp trong quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ: ●
Phương pháp vật lý
Hấp thụ vật lý là quá trình hấp thụ không xảy ra các phản ứng hoá học. Hấp thụ vật
lý hay còn gọi là quá trình thuận nghịch.
Nhờ lực liên kết giữa các phần tử mà các phân tử khí được giữ lại hoàn toàn trên
bề mặt chất hấp thụ. Bằng việc hấp thụ vật lý, quá trình này thường tỏa ra một
lượng nhiệt lớn. Nhiệt độ tỏa ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết giữa các phân tử.
Quá trình diễn ra bao gồm sự khuếch tán, hoà tan các chất hấp thụ chất lỏng cũng
như sự phân bố của chúng giữa các phân tử chất lỏng. Hiệu quả xử lý phụ thuộc
vào thiết bị tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt và giảm chất điện lý trong pha lỏng.
Như vậy, với phương pháp này thường có các tầng đệm, tháp phun hoặc tháp hấp thụ sủi bọt… ●
Phương pháp hóa học
Hấp thụ hoá học là quá trình hấp thụ có xảy ra các phản ứng hoá học. Lực liên kết
của phương pháp này mạnh hơn rất nhiều so với hấp thụ vật lý. Các phân tử khí
tiếp xúc trực tiếp với các tác nhân hóa học.
Quá trình hấp thụ gồm 2 giai đoạn: khuếch tán, xảy ra phản ứng hoá học. Việc hấp
thụ hoá học phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán từ chất khí vào chất lỏng và phụ
thuộc vào tốc độ chuyển hoá giữa các chất. Lượng nhiệt tỏa ra lớn và cần rất nhiều năng lượng.
Hấp thụ khí thải bằng hóa học là phương pháp sử dụng các vật liệu rắn hoặc lỏng
để hấp thụ. Là quá trình chuyển khí độc sang pha lỏng và xảy ra phản ứng hoá học trong quá trình hấp thụ.
Với phương pháp hấp thụ bằng hoá học, người ta cần lựa chọn dung dịch hấp thụ
tương ứng với loại khí cần hấp thụ. Dưới đây là bảng khí cần hấp thụ tương ứng với dung dịch hấp thụ. ●
Phương pháp dùng than hoạt tính
Nguồn gốc của than hoạt tính: Than hoạt tính được sản xuất từ gỗ, than bùn, than đá, than non, polyme...
+ Quá trình sản xuất than hoạt tính
Nhờ quá trình nung nóng bằng luồng hơi nước và CO2 ở nhiệt độ cao, các lỗ xốp
bên trong than hoạt tính được hình thành trong giai đoạn oxy hóa khống chế tạo ra
các loại cacbon hoạt tính.
Ngoài ra, khi sử dụng than hoạt tính trong xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
dùng hóa chất vô cơ (kẽm clorua, axit photphoric) thúc đẩy nhanh quá trình nhiệt
phân cacbonhydrat. Lúc đó, muối vô cơ được rửa sạch và hình thành nên than hoạt
tính với cấu trúc vi xốp có khả năng hấp thụ nhiều phân tử có kích thước lớn.
+ Công dụng của than hoạt tính trong xử lý khí thải
Than hoạt tính thường hoạt động dưới dạng hạt, cần cân bằng giữa tỷ lệ hấp thụ
với sự tụt áp tối thiểu. Vì bề mặt than hoạt tính không phân cực giúp chúng tăng
khả năng ưa nước và ưa chất hữu cơ, ngoài ra vì diện tích bề mặt lớn kết hợp tính
không phân cực nên than hoạt tính hấp thụ mạnh hơn.
Cơ chế lọc của than hoạt tính thích hợp khi các chất hữu cơ có độ sôi thấp. Hấp thụ
bằng than hoạt tính thường hoạt động theo cơ chế vật lý - hóa học. Vì hấp thụ vật
lý đối với các chất khí không được tốt nên người ta thường kết hợp sử dụng với
phương pháp hóa học bằng cách tẩm hóa chất để giữ hoặc phân hủy khí độc. 3. Cơ chế
Việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ diễn ra theo 3 bước dưới đây:
Bước 1: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm từ thể khí trong khối khí thải đến bề
mặt dùng dịch hấp thụ.
Bước 2: Khí thải xâm nhập vào bề mặt dung dịch hấp thụ, dần dần hoà tan các chất khí.
Bước 3: Khuếch tán các khí hoà tan trên mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ.
Trong quá trình hấp thụ, các phần tử khí ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn.
Các chất khí độc bị giữ lại được gọi là chất bị hấp thụ.
II. Ưu - nhược điểm của quá trình hấp thụ khí thải 1. Ưu điểm
- Phương pháp xử lý đơn giản, hiệu quả, giúp tiết kiệm được chi phí đầu tư và
không khí không bị giới hạn
- Hiệu suất lọc khí độc hại cao, đặc biệt với các loại khí thải chứa chất khí có khả năng hòa tan.
- Có thể kết hợp với việc xử lý bụi.
- Áp dụng được phương này cho các trường hợp khí có nhiệt độ lớn, lưu lượng lớn.
- Chi phí vận hành thấp, vận hành đơn giản.
- Dễ bảo quản và thuận tiện sửa chữa, bảo dưỡng
- Dung dịch hấp thụ là các loại dung dịch dễ kiếm và có thể hoàn nguyên.
- Có khả năng kết hợp xử lý khí với tách bụi và làm lạnh. 2. Nhược điểm
- Nếu như sử dụng hoàn nguyên khá tốn chi phí hoàn nguyên dung dịch
- Nếu không sử dụng hoàn nguyên thì cần xử lý khí thải
- Tốn năng lượng và chiếm nhiều diện tích
- Hiệu quả thanh lọc không cao, nên kết hợp với các phương pháp khác
- Xử lý mercaptan và axit béo kém. III. Ứng dụng
Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ có ứng dụng nhiều cho các trường hợp dưới đây:
- Xử lý các khí thải ô nhiễm phát sinh trong các nhà máy, xưởng sản xuất
- Ứng dụng cho các trường hợp xử lý khí thải có lưu lượng phát thải lớn
- Sử dụng để hấp thụ các khí thải cần xử lý như SOx, HCl, HF, NOx, Cl2, H2S, axeton…
- Thu hồi các chất tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn sản xuất khác
Với các ứng dụng trên, việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ phù hợp sử
dụng cho các loại ngành dưới đây
- Các nhà máy chế biến hải sản, thực phẩm
- Các nhà máy chế biến khoáng sản, khai thác đá..
- Nhà máy sản xuất xi măng, lò gạch, lò hơi…
IV. Một số công ty áp dụng công nghệ xử lý khí thải bằng phương
pháp hấp thụ nổi tiếng
1. Công ty AECOM: Là một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới về thiết
kế và tư vấn kỹ thuật, AECOM đã triển khai nhiều dự án xử lý khí thải bằng
phương pháp hấp thụ cho các nhà máy công nghiệp lớn. Thành tựu nổi bật
của AECOM bao gồm việc giảm thiểu đáng kể lượng khí SO và NO ₂ phát ₓ
thải, góp phần cải thiện chất lượng không khí và tuân thủ các quy định môi trường nghiêm ngặt.
2. Công ty Mitsubishi Heavy Industries (MHI): MHI đã phát triển và ứng dụng
công nghệ hấp thụ tiên tiến trong các hệ thống xử lý khí thải của mình. Một
trong những thành tựu quan trọng của MHI là việc triển khai thành công hệ
thống hấp thụ CO₂ quy mô lớn tại các nhà máy nhiệt điện, giúp giảm lượng
khí nhà kính phát thải và hỗ trợ các quốc gia đạt được mục tiêu về giảm
thiểu biến đổi khí hậu.
3. Công ty BASF: Là một trong những công ty hóa chất hàng đầu thế giới,
BASF đã nghiên cứu và cung cấp các dung dịch hấp thụ hiệu quả cao cho
việc xử lý khí thải. Thành tựu của BASF bao gồm việc phát triển các amin
hấp thụ CO₂ với hiệu suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp như dầu khí và hóa chất, giúp giảm thiểu lượng khí CO phát thải ra ₂ môi trường.
4. Công ty Fluor Corporation: Fluor đã thiết kế và xây dựng nhiều hệ thống xử
lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ cho các dự án năng lượng và công
nghiệp trên toàn cầu. Một trong những dự án tiêu biểu là việc triển khai hệ
thống hấp thụ amonia để loại bỏ NO trong khí thải, giúp các nhà máy đáp ₓ
ứng các tiêu chuẩn môi trường khắt khe và giảm thiểu tác động đến sức khỏe cộng đồng.
5. Công ty Shell Global: Shell đã áp dụng công nghệ hấp thụ trong các dự án
thu hồi CO₂ tại các cơ sở sản xuất của mình. Thành tựu đáng chú ý của Shell
là việc triển khai dự án thu hồi và lưu trữ CO (CCS) quy mô lớn, giúp giảm ₂
hàng triệu tấn CO₂ phát thải mỗi năm, đóng góp quan trọng vào nỗ lực
chống biến đổi khí hậu toàn cầu