Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhiều nhà máy xí nghiệp được mọc ra, đi cùng với đó là các vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng.

Khi các vấn đề xử lý nước thải và xử lý khí thải không được đánh giá và quan tâm đúng mức, hệ quả để lại là bầu không khí ô nhiễm, minh chứng cho thấy rất rõ điều này là chỉ số bụi PM2.5 trong không khí trong thời gian vừa qua luôn vượt tiêu chuẩn cho phép.

1.    Xử lý khí thải bằng phương pháp cơ học:

Cyclon, túi lọc bụi, lọc bụi tĩnh điện

Cyclon

Là thiết bị có trong rất nhiều các hệ thống xử lý khí thải, là giai đoạn xử lý sơ bộ để tách đa phần lượng bụi lớn trong dòng khí thải.

Kích thước hạt là một thông số cơ bản trong việc thiết kế thiết bị Cyclon tách bụi. Việc lựa chọn thiết bị tách bụi tùy thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. Trong các thiết bị tách bụi đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng như đại lượng đường kính lắng.

Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau (dạng cầu, que, sợi, ); nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh. Các kích thước lớn nhất nà nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố phân tán của chúng.

Túi lọc bụi

Túi lọc bụi là một trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xử lý khí thải, do túi lọc bụi dễ dàng thi công, hiệu xuất xử lý cao và giá thành tương đối hợp lý

Nguyên lý của túi lọc bụi như sau: cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ .

Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc. Sau 1 khoảng thời gian hoạt động lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn hiệu quả xử lý khí thải thì tăng lên tuy nhiên tốc độ và lưu lượng khí thải qua vải lọc sẽ giảm đi rõ rệt, do đó ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải. Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc.

Vải lọc thường được may thành túi lọc hình tròn đường kính D=125~250 mm hay lớn hơn và có chiều dài 1,5 đến 2 m. Cũng có khi may thành hình hộp chữ nhật có chiều rộng b=20~60mm; Dài l=0,6~2m. Trong một thiết bị có thể có hàng chục tới hàng trăm túi lọc bụi.

Lọc bụi tĩnh điện

Lọc bụi tĩnh điện thường sử dụng cho các hệ thống xử lý khí thải phát sinh nhiều bụi mịn như hệ thống xử lý khí thải các nhà máy nhiệt điện, các lò hơi đốt than…

Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: Khi cho dòng không khí lẫn bụi đi qua điện trường 1 chiều đủ mạnh, chất khí sẽ bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi làm bề mặt hạt bụi nhiễm điện. Do tác dụng của lực điện trường, hạt điện tích điện sẽ bị hút về cực khác dấu (thường là cực dương). Khi va vào điện cực, hạt bụi bị trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy xả bụi.

Điện trường một chiều trong thiết bị thường có điện áp rất cao, từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị. Trong điện trường, hạt bụi đường kính 0,1mm sẽ tích điện tối đa trong khoảng 1s. Vì thế thời gian dòng khí đi qua thiết bị từ 2 – 8 giây tuỳ theo thiết bị.

Xử lý khí thải bằng thiết bị lọc bụi tĩnh điện hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7 g/cm3. Nó thường được sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng lắng và Cyclon. Nó còn có ưu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt độ rất cao mà không làm nguội khí thải.

Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì trở lực thấp (10 – 20 kg/m2). Tuy vậy, nồng độ các chất gây cháy nổ trong khí thải như CO, bụi than… cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh bị kích nổ do dòng khí bị ion hóa phát sinh ra tia lửa điện.

2.    Xử lý khí thải bằng phương pháp sử dụng tháp 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%.

Việc xử lý khí thải bằng các tháp hấp phụ đã được sử dụng từ cách đây hàng chục năm vì tính ưu việt và đơn giản của chúng.

a.    Xử lý khí thải bằng tháp hấp phụ than hoạt tính:

Thường được sử dụng trong quá trình xử lý khí thải của các máy in công nghiệp, các buồng gia nhiệt công suất nhỏ

Đặc điểm của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là lưu lượng khí thải nhỏ, nồng độ ô nhiễm trong khí thải thấp.

Tháp than hoạt tính thường được thiết kế bằng thép CT3 hoặc bằng nhựa, có các cửa thăm thao tác đủ rộng để thay thế và lắp đặt lớp than hoạt tính trong tháp.

Than hoạt tính sử dụng trong tháp thường là than hoạt tính có kích thước trung bình (5-20mm) nhằm tránh trường hợp bị tắc lớp than.

Than được đổ trong các túi lưới chứa than trước khi cho vào trong tháp nhằm thuận lợi cho việc thay thế than sau này.

b. Hấp phụ bằng các vật liệu rắn có khả năng tác dụng hóa học với khí thải.

Các vật liệu hấp phụ thường thấy như: Silica gel, Zeolite.

Phương pháp này thường chỉ được áp dụng khi xử lý khí thải có duy nhất một thành phần ô nhiễm nhất định, hoặc được sử dụng trong phương pháp thu hồi khí thải, làm khô khí (vd. oxy, khí thiên nhiên) và hấp phụ các hydrocarbon nặng (phân cực) từ khí gas thiên nhiên

Trong lĩnh vực xử lý khí thải thông dụng, chưa có ứng dụng rộng rãi phương pháp xử lý này.

3. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Trong tháp hấp thụ dòng khí sẽ được phân bố vào thiết bị ở phía dưới và dòng dung dịch hấp thụ sẽ được phân bố theo chiều từ trên xuống. Dung dịch này được bơm ly tâm vận chuyển từ bể chứa dung dịch hấp thụ, qua bộ phân phối tạo thành những giọt lỏng kích thước nhỏ, phun đều vào thiết bị.

Tháp hấp thụ trong xử lý khí thải có cấu tạo hai tầng, mỗi tầng đảm nhiệm một vai trò trong toàn bộ quá trình xử lý.

• Tại phần dưới của thiết bị xử lý, Dung dịch hấp thụ được hệ thống phân phối khí chuyên dụng (bép phun) phân phối đều trong toàn bộ thể tích tháp, dòng khí thải đi từ dưới lên tiếp xúc với nước thải, tại đây toàn bộ lượng bụi trong khí thải được giữ lại, đồng thời một phần các chất ô nhiễm được hấp thụ tại đây.
• Tại tầng trên của tháp bố trí lớp đệm hấp thụ có tác dụng tăng sự tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch hấp thụ. Tại các vật liệu đệm hấp thụ, dung dịch hấp thụ tạo thành các màng nước là nơi tiếp xúc với dòng khí thải, các chất ô nhiễm trong khí thải được hấp thụ triệt để vào đây.

Trong hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ chia làm 2 loại:

a.    Xử lý khí thải có nhiệt độ cao:

Là khí thải từ các lò đốt ví dụ: lò đốt rác, khí thải lò hơi, khí thải từ các lò nấu nhôm, lò nấu đồng…

Xử lý khí thải lò nấu nhôm

Các khí này có tính chất là có nhiệt độ cao, thành phần chính của các khí này là COx, SOx, NOx, Flo… khi tác dụng với nước trong dung dịch hấp thụ sẽ sinh ra các axit có tính chất ăn mòn cao.

Tùy thuộc vào từng loại khí thì có độ ăn mòn với từng loại vật liệu riêng biệt. Khi thiết kế và lựa chọn vật liệu, người thiết kế phải lưu ý một vài chú ý sau:

• Khí thải của lò nấu đồng và lò nấu nhôm sau khi hấp thụ có khả năng ăn mòn cả Inox. Do đó trong tháp xử lý tốt nhất nên bọc thêm lớp gạch chịu axit.
• Khí thải của các lò đốt khác có thể chế tạo bằng Thép CT3 sau đó bọc gạch chịu nhiệt, chịu axit.
• Vật liệu đệm sử dụng trong tháp xử lý khí thải này thường chọn là loại đệm sứ.

Thêm một chú ý quan trọng là trong hệ thống xử lý khí thải lò nấu có nhiệt độ cao, kiên quyết phải có hệ thống trung hòa pH và hệ thống tháp làm mát dung dịch tuần hoàn

b.    Xử lý khí thải có nhiệt độ thấp (khí nguội).

Là các khí phải sinh từ các nguồn như: khí thải các bể axit, bể tẩy rửa kim loại, bể mạ, khí thải của các quá trình đốt cháy nhưng không có lửa hoặc sinh nhiệt thấp như khí thải trong quá trình đúc chảy hạt nhựa, khí thải của quá trình cắt bao bì…

Với đặc trưng khí thải này thì vật liệu tối ưu làm thân thiết bị là vật liệu nhựa PP hoặc Composite.

Vật liệu đệm hấp phụ tối ưu nhất nên chọn là Pall Ring (có dạng hình trụ vật liệu bằng nhựa – hình dưới)

4. Xử lý khí thải sử dụng 2 phương án hấp thụ và hấp phụ

Phương pháp này áp dụng cho các hệ thống xử lý khí thải là các chất hữu cơ thơm, mạch vòng
Khí thải ban đầu được xử lý sơ bộ bằng công đoạn Hấp thụ, sau khi hấp thụ sẽ chuyển thêm một bước hấp phụ, quá trình chi tiết thì có thể xem cụ thể quá trình hấp thụ và hấp phụ bên trên.

5. Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học Biofilter

Xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter (lọc sinh học) là một biện pháp xử lý mùi cho các hệ thống xử lý nước thải có chi phí đầu tư thấp, vận hành rẻ và thân thiện môi trường, nó phương pháp thích hợp để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp.

 Xử lý khí thải bằng công nghệ sinh học Biofilter thường được áp dụng trong các nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, chăn nuôi gia súc, tinh bột sắn, sản xuất cồn, sản xuất chitin, khí thải của bãi rác, xử lý mùi của hệ thống xử lý nước thải…

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, thiết bị sinh học xử lý khí thải có thể là Biofilter, Biotrickling Filter hoặc Bioscrubber. Trong Biofilter khí thải được làm sạch khi đi qua lớp vật liệu lọc sinh học bám dính vi sinh vật, đồng thời có cung cấp các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật.

Với mục đích đảm bảo nồng độ cao của vi sinh vật trong Biofilter thường lựa chọn các vật liệu lọc sinh học có khả năng cố định vi sinh vật, cụ thể là, các sinh khối tự nhiên như xơ dừa, mảnh vỏ gỗ, chip gỗ. Khí thải phải được bão hòa hơi nước qua tháp tạo ẩm bằng cách phun dòng nước thành giọt mù tiếp xúc với khí thải. Quá trình xử lý chất ô nhiễm trong khí thải bởi Biofilter như mô tả trong Hình 2

Các câu hỏi thường gặp khi đầu tư hệ thống xử lý khí thải

Câu hỏi 1:

Làm sao để thu gom được khí thải một cách hiệu quả nhất?

Trả lời: Để thu gom khí thải một cách hợp lý và hiệu quả nhất cần phải chú ý vài điều sau:

– Tính toán công suất quạt hút phù hợp

– Thiết kế vị trí đặt các chụp hút thu gom khí thải, đường kính ống thu khí và đường đi của ống.

– Thiết kế tháp xử lý khí thải cho phù hợp giảm thiểu trở lực trong tháp.

Câu hỏi 2:

Quá trình xử lý khí thải có sinh ra nước thải hoặc than hoạt tính dư thừa, vậy các chất thải này xử lý bằng cách nào?

Trả lời: Thông thường hệ thống xử lý khí thải hoạt động bằng một vài nguyên lý chính như:

– Hấp phụ các chất khí ô nhiễm vào trong than hoạt tính

– Hấp thụ trong các dung dịch hấp thụ

Do đó việc vận hành hệ thống xử lý khí thải sẽ phát sinh ra nước thải hoặc than hoạt tính bão hòa khi đó đối với than hoạt tính bão hòa người ta có thể hoàn nguyên bằng phương pháp đốt hoặc mang đi chôn lấp đúng tiêu chuẩn.

Đối với nước thải có thể lắp thêm hệ thống xử lý nước thải, hoặc thuê đơn vị hút mang đi xử lý.