Trong quá trình hoạt động các nhà máy thường thải ra một số khí gây ô nhiễm môi trường, về lâu dài sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Bởi vậy, cần có biện pháp xử lý khí thải để bảo vệ môi trường sống của chúng ta. Bài viết, ETH sẽ giới thiệu đến phương pháp hấp thụ, một trong những phương pháp được áp dụng hiệu quả trong xử lý khí thải hiện nay, mời bạn cùng tham khảo.
1. Đặc điểm của quá trình hấp thụ
Hấp thụ (Absorption) là một quá trình cơ bản của kỹ thuật hóa học mà trong lĩnh vựckiểm soát ô nhiễm không khí, quá trình này cũng thường xuyên được ứng dụng để xử lý khí thải.
Hấp thụ là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất 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 diễn ra theo 3 giai đoạn:
(1) Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề 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 tan mới có thể hòa tan 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 những dung chất phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ.
Một dạng thiết bị thường được ứng dụng nhất để hấp thụ hoặc làm sạch khí là tháp đệm (packed tower). Đó là một cột được chất gần đầy vật liệu đệm nhằm tạo ra một diện tích bề mặt tiếp xúc cao nhất có thể để cho dòng khí và dòng lỏng tiếp xúc tốt với nhau khi chuyển động ngược chiều qua lớp đệm. Vật liệu đệm được sử dụng trong các tháp này có thể là đá nghiền, vòng Raschig, vật thể hình yên ngựa (ceramic berl saddle), than cốc, đá hình xoắn ốc (spral tile), vỉ lưới ô vuông làm bằng gỗ và các loại sợi tổng hợp.
Các dạng thiết bị khác cũng được ứng dụng để hấp thụ khí là tháp đĩa (plate tower) – đó là một cột mà trong đó có bố trí một số lượng nhất định các đĩa đục lỗ bít kín ngang thân thiết bị để sủi bọt hoặc các khay rây và chất khí thường chuyển động đi lên ngược chiều với chất lỏng hấp thụ; và tháp phun (spray tower) – một tháp rỗng có tiết diện ngang hình tròn hoặc hình vuông, trong đó dòng khí chuyển động xuyên qua các tia lỏng được bắn phun thành giọt mịn. Các thiết bị lọc khí dạng phun tia (jet scrubber), dạng Venturi (Venturi scrubber) và sự kết hợp của các thiết bị thu hồi ướt (wet collectors) được ứng dụng trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm không khí cũng cung cấp một số quá trình diễn biến liên quan đến hấp thụ khí.
Tác động qua lại giữa các chất gây bẩn thể khí và chất hấp thụ lỏng xảy ra đồng thời với sự tạo thành bọt bong bóng khí ngay tại lớp màng chất lỏng hình thành trên bề mặtvật liệu đệm hoặc xảy ra do sự tiếp xúc của chất khí với dòng tia lỏng giọt mịn.
Các thông số thiết kế cơ bản đối với quá trình đơn vị hấp thụ khí có thể áp dụng cho các thiết bị lọc khí dạng phun tia, dạng Venturi và rất nhiều thiết bị được qui vào loại thu hồi ướt (wet collection). Tuy nhiên, sự áp dụng này không phải lúc nào cũng thành công.
Trong một số trường hợp, các thông số thiết kế cơ bản ít có giá trị và buộc phải có một tiến trình thực nghiệm trước khi đưa ra phương pháp thiết kế hoàn chỉnh.
2. Phân loại
Người ta phân ra hai loại hấp thụ : hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học.
– Hấp thụ vật lý: là quá tình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy, nghĩa là chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng hay chất rắn và sự phân bố của chúng giữa các phân tử của chất đó.
+ Độ hòa tan của một chất cần hấp thụ vào chất lỏng là một hàm của nhiều biến số. Gọi D là độ tan thì ta có thể biểu diễn nó như sau:
D = f (x1, x2…xj, T, S, P, kD, …)
Trong đó :
xi : là nồng độ của các chất khí hoặc hơi trong chất lỏng ;
T : là nhiệt độ làm việc ;
S : là diện tích tiếp xúc giữa hai pha ;
P : là áp suất riêng phần của hơi hoặc khí trong khí thải ;
kD : là hệ số khuếch tán của chất được hấp thụ trong pha lỏng.
+ Thực tế quá trình hấp thụ tăng khi diện tích tiếp xúc hai pha tăng và nhiệt độ làm việc giảm, riêng hiệu suất xử lý còn phụ thuộc mạnh vào áp suất riêng phần của khí hoặc hơi và nồng độ của chúng trong pha lỏng.
+ Để tăng hiệu quả xử lý, người ta thường dùng các kiểu thiết bị làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt tốt và hạn chế sự tăng của chất hòa tan trong pha lỏng. Các kiểu thiết bị thông dụng như : tháp hấp thụ có tầng đệm, tháp hấp thụ sủi bọt, tháp phun…
– Hấp thụ hóa học : là quá trình hấp thụ đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học. Sau quá trình khuếch tán là quá trình xẩy ra các phản ứng hóa học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí hay hơi vào trong chất lỏng mà còn phụ thộc vào tốc độ chuyển hóa các chất hay tốc độ phản ứng của các chất.
+ Trong hấp thụ hóa học, chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với các phần tử của chính chất hấp thụ, ví dụ như:
NH3 + H2O → NH4OH
SO2 + H2O → H2SO3
+ Hoặc chất cần hấp thụ phản ứng với các thành phần hoạt động trong chất hấp thụ, ví dụ:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3
+ Trong trường hợp chung, ta có thể biểu diễn một cách tổng quát như sau:
aA + bB + cC + … ↔ mM + nN + …
[X]: là nồng độ tự do của chất A trong dung dịch, mol/l
Kcb: là hằng số cân bằng của phản ứng, nó càng lớn bao nhiêu thì quá trình hấp thụ xảy ra càng thuận lợi bấy nhiêu
3. Chất hấp thụ
Chất hấp thụ về nguyên tắc có thể sử dụng bất kỳ loại nào miễn sao nó có thể hoàn tan được thành phần tách ra từ dòng khí. Tuy nhiên, những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí thải cần phải thoải mãn một 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 thể 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 trong sản xuất công nghiệp
Yêu cầu thứ nhất nhằm giảm lượng lưu lượng chất hấp thụ, dẫn tới làm giảm chi phí năng lượng để vận chuyển dịch trong khi làm việc và hoàn nguyên chất hấp thụ.
Yêu cầu thứ hai đảm bảo khản năng phân li hoàn toàn hỗn hợp khí. Khi thực hiện quá trình hấp thụ, áp suất riêng phần hơi chất hấp thụ không cần lớn để tránh tiêu hao chất này, yêu cầu thứ ba cũng cùng mục đích như vậy.
Yêu cầu thứ tư sẽ làm giảm chiều cao của thiết bị. Yêu cầu thứ năm, khi điều kiện dễ dàng hoàn nguyên chất hấp thụ sẽ làm giảm thời gian hoàn nguyên và giảm lưu lượng chất mang nhiệt. Khi này chất hấp thụ cần có nhiệt độ sôi khá cao để ngăn ngừa tổn thất nhiệt do sự bay hơi trong giai đoạn hoàn nguyên. Nhiệt độ sôi của chất hấp thụ sử dụng thường trong khoảng 1700 – 2000C.
Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong quá trình khép kín phụ thuộc vào sự hoàn thành yêu cầu thứ 6 đối với chất hấp thụ.
Khi những tính chất hóa lí gần tương tự nhau thì sẽ sử dụng chất hấp thụ có độ nhớt thấp hơn. Độ nhớt có ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi nhiệt – khối, vì vậy ảnh hưởng đến kích thước biên của thiết bị hấp thụ và khử hấp thụ (hoàn nguyên). Ngoài ra sự giảm độ nhớt sẽ dẫn tới giảm chi phí năng lượng khi vận chuyển dịch hấp thụ.
Lưu ý: Không có một chất hấp thụ nào thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên. Vì vậy trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thỏa mãn được nhiều những yêu cầu cơ bản. Những chất hấp thụ hay dùng hơn cả là những chất làm cho quá trình hấp thụ thành phần trong hỗn hợp khí được thực hiện bằng con đường hấp thụ vật lý hay là bằng con đường hấp thụ hóa học với phản ứng thuận nghịch trong pha lỏng.
Đối với hấp thụ vật lý: người ta thường sử dụng chất hấp thụ phổ biến nhất là nước, đồng thời cả những dung dịch hữu cơ không có tính chất điện phân, không phản ứng với khí thành phần và dung dịch của chúng.
Đối với hấp thụ hóa học, có thể sử dụng những chất hấp thụ như: dung dịch monoetanolamin, dietanolamin, amoniac, natricacbonat, canxicacbonat….những phân tử của khí thành phần hòa tan trong dung dịch đi vào phản ứng với những phân tử thành phần hoạt tính của chất hấp thụ. Đa số các phản ứng là toản nhiệt và thuận nghịch, do đó khi tăng nhiệt độ dung dịch thì hợp chất hóa học tạo thành được phân hủy và sẽ tách ra những thành phần ban đầu.
4. Ứng dụng
– Xử lý các khí thải ô nhiễm
– Xử lý khí thải với lưu lượng phát thải lớn
– Xử lý các khí SOx, HCl, H2S, HF, Cl2, NOx, axeton,…
– Hiệu quả xử lý khí thải cao
Là đơn vị uy tín trong ngành xử lý nước thải, xử lý khí thải Môi trường ETH không ngừng học hỏi và nghiên cứu để đem đến cho khách hàng những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến nhất. Ngoài phương pháp xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, chúng tôi đang cung cấp rất nhiều công nghệ trong xử lý nước thải công nghiệp: Unitank, Aerotank, MBBR, SBR, MBR,…
Để được tư vấn chi tiết về công nghệ cũng như xây dựng hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ phù hợp, tiết kiệm chi phí hãy liên hệ ngay với ETH để được hỗ trợ trực tiếp nhé. Mọi thông tin liên hệ:
———————————-
CÔNG TY CỔ PHẦN MÔI TRƯỜNG ETH
Địa chỉ VPGD: số 25, Phố Nghĩa Đô, Phường Nghĩa Đô, Quận Cầu Giấy, Tp. Hà Nội.
Hotline: 0966.281.336 – 0899.812.999
Website: moitruongeth.com
Email: moitruongeth@gmail.com
