Quy trình thiêu đốt:

Đây là quá trình đơn giản nhất để phân hủy các lượng chất hữu cơ có thể cháy được . Quy trình này bao gồm đưa hỗn hợp khí thải và không khí qua buồng đốt để nâng nhiệt độ khối khí lên tới 1100^oC.Thời gian lưu khí thải trong buồng đốt là 2 giây. Ở nhiệt độ này, phần lớn các hợp chất hữu cơ phức tạp bị phân rã và xảy ra các phản ứng oxy hóa gốc C và hyđrô với ôxy trong không khí, và sản phẩm sau cùng là CO₂ và hơi nước. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng hay qua bộ thu hồi nhiệt. Quy trình này thường được dùng để xử lý chất độc hại sinh ra từ quá trình thiêu đốt chất thải rắn.

Khí thảiKhông khíLò đốtThu hồi nhiệtỐng thải

H2 – 14: Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có thu hồi nhiệt.

Khí thảiKhông khíLò đốtBuồng xúc tácỐng thải

H2 – 15: Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có dùng xúc tác.

Thời gian gần đây có phát triển các quá trình đốt có chất xúc tác nhằm làm giảm nhiệt độ buồng đốt, tiết kiệm năng lượng. Tuy vậy, mỗi loại chất xúc tác chỉ có tác dụng với một vài loại khí nhất định. Hiện nay, thịnh hành nhất là chất xúc tác xử lý chất hữu cơ trong khí thải.

Quy trình hấp phụ :

Có một vài loại chất rắn có cấu tạo dạng hạt trên mỗi hạt có chứa vô cùng nhiều các lỗ nhỏ li ti có khả năng hấp phụ ,bắt giữ mà không có phản ứng hóa học gì với khí độc . Các khí độc này có thể được nhả ra trong một điều kiện nhất định .Các chất rắn đó được gọi là chất hấp phụ .Trong thực tế thường xử dụng than hoạt tính ,kaolin hoạt hóa , geolit , silicagen…Phương pháp này được dùng chủ yếu để hấp phụ các hơi khí có mùi, các hơi dung môi hữu cơ…Hiệu quả của phương pháp này có thể đạt tới 90 ~ 98%.

Sau một thời gian, chất hấp phụ bị no, tức là nó không thể hấp phụ thêm khí độc nữa, người ta có thể đổ bỏ cùng rác thải hay hoàn nguyên lại chất hấp phụ. Khí độc bay ra từ quá trình hoàn nguyên thường có nồng độ rất cao nên người ta hay sử dụng phương pháp đốt để khử khí độc trước khi thải hay đưa qua các công đoạn tái chế khác.

Khi trong khí thải có lẫn bụi thì buộc phải lọc sạch rất tinh khí thải trước khi đưa qua thiết bị hấp phụ để không làm giảm tuổi thọ của chất hấp phụ.

Thiết bị hấp phụ hơi khí độc trong khí thải có cấu tạo như thiết bị lọc bụi bằng vật liệu rỗng. Tùy theo nồng độ của hơi khí độc mà người ta cấu tạo lớp vật liệu hấp phụ dày hay mỏng và tùy theo cấu tạo hạt của vật liệu lọc mà chọn tốc độ dòng khí đi qua lớp vật liệu sao cho sức cản không khí không quá cao và hiệu quả lọc hơi độc phải đạt yêu cầu đề ra.

Với cỡ hạt của vật liệu hấp phụ là 1 - 3 mm hình cầu hay trụ thì tốc độ lọc nên chọn 0,5 - 1,5 m/s. Tốc độ lọc nên giảm nhỏ khi nồng độ chất độc cao trong khí thải. Khi chiều dày lớp vất lịêu hấp phụ là 100 mm thì trở lực không khí của thiết bị khoang 60~80kg/m².

Quy trình hấp thụ:

Quy trình hấp thụ hơi khí độc là quá trình xảy ra phản ứng hóa học giữa hơi khí độc với chất hấp thụ để có chất mới với thuộc tính mới. Ví dụ : Quá trình hấp thụ SO₂ bằng nước vôi.

SO₂ + Ca ( OH )₂ = CaSO₃ + H₂O

Chất hấp thụ hơi khí độc đa phần là ở thể lỏng được phun thành giọt nhỏ vào dòng khí thải hay chảy tràn trên bề mặt lớp vật liệu rỗng của lớp đệm, (Có rất ít trường hợp chất hấp thụ ở thể rắn vì phản ứng hóa học chỉ xảy ra được trên bề mặt của hạt vật liệu và sau đó phản ứng dừng lại). Hiệu quả của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố:

• Ái lực hoá học của chất phản ứng.
• Tốc độ và thời gian dòng khí đi qua thiết bị.
• Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của khí thải với dung dịch phun…

Chất khí độc được quan tâm nhiều nhất hiện nay là SO₂ trong khí thải. Có một vài quy trình như sau:

- Dùng sữa vôi hấp thu SO₂ ta tạo ra sunfit canxi. Đưa hỗn hợp này qua bể oxy hóa để tạo ra thạch cao CaSO₄ . 2H₂O.

- Dùng dung dịch xút hấp thụ SO₂ và tái sinh dung dịch xút bằng vôi hay CaCO₃.

Khó khăn của các loại quy trình này là ở chỗ nếu không tái sinh được dung dịch hấp thụ, lấy được chất độc hại ra khỏi dung dịch ở dạng thành phẩm cho sản xuất thì phải xử lý và đỗ bỏ dung dịch hấp thụ. Như vây chất ô nhiểm không bị loại bỏ hoàn toàn mà chuyển từ môi trường này qua môi trường khác.

Buồng phun:

Cửa dẫn khí thải ra

Cửa dẫn khí vàoDàn vòi phunLớp tách hạt lỏng

Ống dẫn dung dịch phun

Cửa thải dung dịch phun

H2 – 16: Sơ đồ nguyên lý buồng phun.

Buồng phun được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí 1,2 hay 3 giàn mũi phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch, không khí sạch qua khỏi buồng phun được dẫn vào Cyclon ướt để thu lại các hạt nước phun. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí.

Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào hệ thống xử lý nước thải.

Người ta thường cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = 1 ~ 2,5 kg/ms . Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : μ = 1,2 ~ 7 kg/kg. Các vòi phun dung dịch hấp thụ thường là vòi phun góc có lưu lượng 250 l/h với đường kính lổ phun 2,5 ~ 3,5 mm. Áp suất dung dịch phun nhỏ nhất là 2,5 kg/cm2.

Tháp đệm:

Tháp đệm thường là một tháp chứa lớp vật liệu rỗng như các loại khâu bằng sứ, kim loại hay plastic. Khi thải được dẫn vào ở đáy tháp và thoát ra ở đỉnh tháp. Dung dịch hấp thụ được tưới đều lên đỉnh lớp đệm và chảy dọc theo các bề mặt vật liệu. Phản ứng hấp thụ xảy ra trên bề mặt ướt của lớp đệm. Hiệu quả lọc phụ thuộc vào vận tốc dòng khí trong lớp vật liệu tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớp đệm.

Vận tốc dòng khí đi qua lớp đệm trong khoảng v=1~1,5 m/s. Chiều dày lớp đệm h = 0,4~3 m. Dung dịch hấp thụ được phân phối đều trên toàn mặt cắt ngang tháp bắng vòi phun hay ống khoan lỗ. Cường độ tưới dung dịch hấp thu μ = 1,5 ~ 4 kg/kg kk. Trở lực của tháp cho dòng khí thải p = 60 x (h/0,4) kg/m².

Tháp đệm được dùng để lọc hơi khí độc có lẫn rất ít bụi để tránh nghẹt lớp đệm. Tốc độ dòng khí qua lớp đệm được cấu tạo sao cho tránh hiện tượng sặc trong lớp đệm.

Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun và tháp đệm để tiến hành lọc hơi khí độc. Thiết bị loại này có một buồng phun ở phía trên và một tháp đệm ở phía dưới. Khi thải đi từ dưới lên qua tháp đệm và qua buồng phun, sau đó được đưa qua một lớp vật liệu rỗng khác để tách lại các hạt nước phun.

Lớp tách hạt lỏngDàn vòi tướiCửa dẫn khí vào

Lớp vật liệu rỗng

H2-17: Sơ đồ nguyên lý tháp đệm.

Tháp bọt:

Trong tháp bọt, người ta đưa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phía trên có nước hay dung dịch hấp thụ. Khí thải đi qua lớp nước dưới dạng các bọt khí và nổ vỡ ở mặt trên của mặt nước. Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khí độc xảy ra trên bề mặt các bọt khí.

Người ta thường làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 - 6mm có các lỗ hình tròn đường kính d = 4 ~ 8mm. Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diện tích mặt sàng. Lượng nước trên lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớp bọt có chiều cao 80 ~ 120mm. Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong khoảng 6 ~ 10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp bọt ổn định. Tốc độ khí đi qua thiết diện ngang của thiết bị trong khoảng 1,5~2,5 m/s. Thiết bị thường có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu quả của thiết bị.

Lớp tách hạt nướcMặt sàng khoan lỗDàn ống cấp dung dịch hấp thuNgưỡng nước tràn

Cửa dẫn khí vào

H2 – 18: Sơ đồ nguyên lý tháp bọt.

Hấp thụ khí SO2 bằng nước

Đây là phương pháp đơn giản được áp dụng để loại bỏ khí SO₂ trong khí thải, nhất là trong khói các loại lò công nghiệp. Mức độ hoà tan của khí SO₂ trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO₂ phải đủ thấp. Sau đó, tăng nhiệt độ của nước phải đủ cao trong thiết bị thu hồi SO₂ để giải phóng khí SO₂ ra khỏi nước. Bảng sau cho lượng nước lý thuyết cần để hấp thụ 1 tấn khí SO₂ trong khí thi cho đến giới hạn bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu của SO₂ trong khí thải. Bảng dưới đây cho lượng nước lý thuyết để hấp thụ 1 tấn SO₂ cho đến giới hạn bão hoà ứng với nhiệt độ và nồng độ ban đầu của SO₂ trong khí thải

Nồng độ SO2 trong khí thải (% khối lượng)
Lượng nước (m3) ở nhiệt độ khí thải
100 oC	150 oC	200 oC
12	48	55	66
10	57	67	78
8	70	84.5	96.2
6	92	106	123
4	140	165	200

Xử lý khí SO2 bằng bột đá vôi (CaCO3).

Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có.

Phương trình phản ứng như sau:

CaCO₃ + SO₂ = CaSO₃ +CO₂

2CaSO₃ + O₂ = 2 CaSO₄ (Phản ứng xảy ra chậm).

Khí thải

H2 – 19: Sơ đồ hệ thống hấp thụ SO₂ bằng đá vôi.

Nước

Nước thải

Pha trộnĐá vôiTháp đệm

NghiềnKhí thải

Bùn cặnLọc tinh thể

Lọc chân không

Bùn cặn

Khói thải sau khi lọc sạch bụi đi vào Tháp đệm, trong đó xảy ra quá trình hấp thụ khí SO₂ bằng dung dịch bột đá vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Trong nước chảy ra từ tháp có chứa nhiều sunfit và sunfat canxi dưới dạng tinh thể và một ít bụi còn sót lại được tách khỏi dung dịch tại thiết bị tách tinh thể . Sau thiết bị tách tinh thể , dung dịch một phần lớn hồi lưu, tưới cho tháp đệm, phần nhỏ còn lại đi qua bình lọc chân không để lọc các tinh thể dưới dạng cặn bùn và thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột, rồi vào thùng pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bình lọc chân không cùng với nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Hiệu quả hấp thụ SO₂ bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản thuỷ lực của thiết bị không quá 20 kg/m².

Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính:

Khi thải đi vào tháp hấp phụ nhiều tầng than hoạt tính, tại đây khí SO₂ bị giữ lại trong các lớp than hoạt tính, sau đó thải ra môi trường bên ngoài. Than hoạt tính sau khi bão hoà khí SO₂ chảy xuống thùng chứa và đưa về tháp hoàn nguyên . Đây là phương pháp có sơ đồ hệ thống đơn giản, có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO₂ liên tục hay gián đoạn và ở nhiệt độ cao. Nhược điểm của phương pháp là tuỳ thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm khí SO₂ thu hồi có nồng độ thấp và tận dụng khó khăn.

Tháp hấp phụ bằng than hoạt tính nhiều tầngKhí thảiKhí thải

H2 – 20: Sơ đồ hệ thống hấp phụ SO₂ bằng than hoạt tính.

Nhiệt

Than hoạt tính

SO₂

Hoàn nguyên

Than hoạt tính

Hấp thụ khí NOx bằng nước.

Khí thải có chứa NOx nồng độ thấp thường được xử lý bằng phương pháp dùng nước để rửa khí trong các thiết bị như tháp phun, tháp đệm, tháp bọt..., phương trình phản ứng như sau:

2NO₂ (Hay N₂O₄) + H₂O = HNO₃ + HNO₂

2HNO₂ →NO + NO₂ (hay ½ N₂O₄) +H₂O

NO + ½ O₂ → NO₂

2NO₂ → N₂O₄

Trong thiết bị lọc khí, vận tốc khí trong tháp lấy bằng 0,6 m/s; chiều cao lớp đệm bằng khâu thuỷ tinh đường kính 6 mm khoảng 120mm; Cường độ tưới μ = 10~25 lít/m³không khí, hiệu quả của quá trình chỉ đạt < 50%.

Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính

Khí thải có chứa 1 -1,5% NOx có thể được xử lý bằng các chất hấp phụ như silicagel, alumogel, than hoạt tính... Nhược điểm của phương pháp này là khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn trên thấp nên phải sử dụng hệ thống hấp phụ nhiều tầng, dẫn đến tiêu hao năng lượng lớn để thắng sức cản của hệ thống. Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng thu hồi NO₂ nồng độ cao để điều chế axit nitric sử dụng cho các mục đích khác nhau trong công nghiệp.