Hệ thống xử lý khí thải 23.000CMH bằng phương pháp hấp thụ

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

I. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ là gì, đặc điểm của quá trình hấp thụ?

1. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ là gì?

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. Có hai phương pháp trong quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ:

Phương pháp vật lý
Phương pháp hóa học

Hấp thụ khí thải bằng phương pháp hóa học là phương pháp sử dụng các vật liệu lỏng và rắn để hấp thụ khí độc hại từ quá trình sản xuất của nhà máy. Đây là quá trình chuyển khí độc cần xử lý sang pha lỏng. Nhờ quá trình hòa tan, chúng được tiếp xúc với nhau. Xảy ra phản ứng hóa học trong quá trình hấp thụ.

2. Đặc điểm của quá trình hấp thụ?

Hấp thụ (Absorption) là một quá trình cơ bản của kỹ thuật hóa học mà trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm không khí, quá trình này cũng thường xuyên được ứng dụng để xử lý khí thải.

Đặc điểm của quá trình hấp thụ:
Hấp thụ là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử khí chuyển dịch và hòa tan vào pha lỏng. Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học. Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao hơn đến trạng thái có nồng độ thấp hơn. Việc khử chất khí ô nhiễm theo 3 giai đoạn:

(1) Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến về mặt chất lỏng

(2) Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí/lỏng (hòa tan)

(3) Khuếch tán chất khí hòa tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng

Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá trình và quá trình hấp thụ khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc pha lớn, độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao. Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả năng hòa tna mới có thể hòa than được trong chất lỏng, cho nên quá trình hấp thụ chỉ có hiệu quả cao khi lựa chọn dung chất hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc nhưng dung chất phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ.

II. Cơ chế của kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Gồm 3 bước

Bước 1: Sự khuếch tán của các phân tử chất ô nhiễm ở thế khí trong khối khí thải đến đề mặt của dung dịch hấp thụ.
Bước 2: Xâm nhập và hòa tan các chất khí vào bề mặt dung dịch hấp thụ.
Bước 3: Khuếch tán các khí hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong chất lỏng hấp thụ.

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

III. Các chất hấp thụ được sử dụng phổ biến

Nước (H₂O)
Dung dịch bazo: KOH, NaOH, Na₂CO₃, K₂CO₃, Ca(OH)₂, CaCO₃…
Monoetanolamin, Dietanolamin, tritanolamin

IV. Ứng dụng và ưu – nhược điểm của phương pháp hấp thụ xử lý khí thải

Phương pháp này cũng sở hữu những ưu điểm nhất định, cũng khiến nhiều doanh nghiệp phải cân nhắc sử dụng. Điểm qua một số ưu điểm của phương pháp này:

Phương pháp này khá đơn giản và đáng tin cậy, tiết kiệm đầu tư và lượng không khí bị giới hạn.
Hiệu suất lọc cao, đặc biệt là đối với khí thải có chứa chất khí có khả năng hòa tan tốt, có thể kết hợp vớ xử lý bụi
Có thể áp dụng phương pháp này trong cả trường hợp khí có nhiệt độ lớn và lưu lượng lớn
Việc vận hành khá đơn giản, chi phí vận hành thấp
Dể bảo quản và sửa chữa, quản lý thuận tiện
Dung dịch được sử dụng trong quá trình hấp thụ dễ kiếm, có thể hoàn nguyên
Có thể kết hợp xử lý khí với tách bụi lẫn làm

Mặc dù có khá nhiều ưu điểm, nhưng phương pháp này cũng không tránh khỏi một số hạn chế như sau:

Nếu sử dụng hoàn nguyên thì tốn chi phí hoàn nguyên dung dịch
Nếu không hoàn nguyên thì phải xử lý khí thải
Tốn khá nhiều năng lượng và chiếm nhiều diện tích
Hiệu quả thanh lọc thấp, nên sử dụng kết hợp với các công nghệ khác
Hiệu quả xử lý mercaptan và axit béo kém

Ứng dụng của phương pháp xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ:

Xử lý khí thải ô nhiễm
Phương pháp hấp thụ xử lý khí thải có lượng khí thải lớn
Phương pháp hấp thụ thường được sử dụng để xử lý SO_x, HCl, H₂S, HF, Cl₂, NO_x, axeton…
Thu hồi vật chất tuần hoàn hoặc chuyển sang các công đoạn sản xuất khác

V. Phương pháp xử lý khí thải bằng tháp hấp thụ

1. Phương pháp hấp thụ vật lý trong xử lý khí thải

Nhờ lực liên kết giữa các phân tử mà các phân tử khí được giữ lại hoàn toàn trên bề mặt chất hấp thụ. Thông thường, quá trình nay sẽ tỏa ra một lượng nhiệt khá lớn, nhiệt độ tỏa ra của chúng phụ thuộc vào cường độ lực liên kết giữa các phân tử.

Nói một cách khác, quá trình hấp thụ vật lý diễn ra thuận nghịch, chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào chất lỏng cũng như sự phân bố của chúng giữa các phân tử lỏng.

Đặc biệt, hiệu quả xử lý thường phụ thuộc vào thiết bị tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt và giảm chất điện ly trong pha lỏng. Đó là những kiểu thiết bị thông dụng như tháp hấp thụ có tầng đệm, tháp hấp thụ sủi bọt, tháp phun…

2. Phương pháp hấp thụ hóa học trong xử lý khí thải

Lực liên kết của phương pháp này mạnh hơn hấp thụ vật lý vì các phân tử khí có tiếp xúc trực tiếp với tác nhân hóa học. Quá trình hấp thụ hóa học gồm 2 giai đoạn cơ bản: Khuếch tán từ chất khí vào chất lỏng vừa phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa giữa các chất. Do đó, lượng nhiệt mà chúng tỏa ra lớn và cần năng lượng nhiều hơn.

3. Than hoạt tính trong xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

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.

Ưu điểm của phương pháp hấp thụ trong xử lý khí thải: