Giáo trình : Kỹ thuật xử lý khí thải

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. Các thiết bị công nghiệp có 2 loại, loại 1 giai đoạn và 2 giai đoạn. - Loại một giai đoạn là loại giống như sơ đồ nguyên lý. Điện trường vừa ion hoá hạt bụi vừa thu hạt bụi nên điện cực âm thường là các dây kim loại treo ở giữa các bản hay các ống điện cực dương nối đất. - Loại hai giai đoạn là loại chia ra vùng ion hoá hạt bụi, các điện cực âm là dây treo giữa các bản cực dương và vùng thu hạt bụi là vùng có hai bản cực song song xen kẽ nhau. Đây là loại thiết bị lọc bụi 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. Điện cực âm Điện cực dương Quầng sáng Ion âm Ion dương Dòng khí Ion âm Hạt bụi nhiễm điện âm 7.1.4. LỌC BỤI THÔ VÀ VỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT 7.1.4.1. BUỒNG PHUN Cửa ra Tầm chắn hạt nước Dàn vòi phun Tấm hướng dòng Cửa vào Cửa nước ra Bơm H4-1: 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 vg = 1 ~ 2,5 kg/ms . Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : m = 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. 7.1.4.2. THÁP TẠO 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. Cửa dẫn khí vào Lớp tách hạt nước Mặt sàng khoan lỗ Dàn ống cấp dung dịch hấp thu Ngưỡng nước tràn H4-2: Sơ đồ nguyên lý tháp bọt. 7.1.4.3. CYCLON MÀNG NƯỚC H4 – 3: Cyclon màng nước Một trong những khuyết điểm của cyclon là do vận tốc xoáy trong thiết bị lớn nên dễ gây ra hiện tượng cuốn trở lại vào dòng không khí các hạt hụi đã lắng trên thành thiết bị. Vì vậy , trên mặt trong thành thiết bị Cyclon màng nước, người ta tạo ra một lớp màng nước chảy để cuốn theo các hạt bụi lắng, ngăn không cho chúng bị cuốn vào dòng khí. Cyclon màng nước có khả năng lọc sạch 90% các hạt có kích thước 1,5 µm. Cấu tạo loại Cyclon thường có cửa cho khí và bụi vào ở phía dưới và thoát ra ở cửa phía trên thân hình trụ, với phương tiếp tuyến với mặt trong thân hình trụ. Trước cửa ra có bố trí các vòi phun nước vào mặt trong thành thiết bị tạo màng nước chảy từ trên xuống. Lượng nước tiêu hao làm ướt thành thiết bị trong khoảng 0,1 ÷ 0,2 lít/m3 khí. Lượng nước này thường được lắng sơ bộ và dùng tuần hoàn, định kỳ xả qua hệ thống xử lý nước. Cyclon màng nước thường được dùng với vận tốc dòng khí ở cửa vào Vv=16~25 m/s và vận tốc trung bình quy ước V=4.5~7m/s. Chiều dài thân hình trụ H=5~5,2D (Thậm chí tới 10D). 7.1.5. LỌC TINH BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT 7.1.5.1. Thiết bị PVM. 7.1.5.2. Thiết bị venturi. 7.1.6. CHỌN THIẾT BỊ LỌC BỤI 7.1.6.1. Lĩnh vực áp dụng của các loại thiết bị. 7.1.6.2. Tính toán số cấp lọc bụi. Với Ccp – Nồng độ bụi cho phép có trong ống thải. C1 – Nồng độ bụi ban đầu. hn – Hiệu quả lọc bụi cấp thứ n. Tài liệu tham khảo phần 1 chương 7. 1 Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải. Tập 3. NXB KHKT Hà Nội 2001. 2 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất. Tập 1-2. NXB KHKT 1978. 3 Hoàng Nhâm. Hoá học vô cơ. Tập 1&2. NXB giáo dục. 4 Nguyễn Văn Phước Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá học. Tập 13 Trường đại học KT Tp.HCM. 5 Karl B. Schell and Charles A. Brown. Air pollution control technology handbook CRC Press 7.2. KHÍ ĐỘC TRONG KHÍ THẢI Trong thực tế sản xuất và đời sống, có rất nhiều loại khí thải mang theo chất ô nhiễm dạng khí. Việc lọc sạch chúng phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hóa học của chất ô nhiễm, có thể chia chúng thành hai nhóm: - Nhóm các chất có nguồn gốc hữu cơ: Bao gồm các chất có nguồn gốc từ khí thiên nhiên, dầu mỏ như: Xăng, etylen, benzen, butan… - Nhóm có nguồn gốc vô cơ như: H2S, SO2, NOX… Không thể có quy trình và thiết bị nào chung cho mọi loại chất ô nhiểm dạng khí. Quy trình lọc sạch chúng phụ thuộc vào tính chất hóa lý và nồng độ thực tế trong khí thải và hiệu quả kinh tế của công việc. Ngày nay, ở các nước phát triển, đang khuyến khích việc lọc chất ô nhiểm trong khí thải thành các sản phẩm có thể dùng được trong sản xuất. Tuy vậy, phải thừa nhận rằng, các hệ thống này đắt tiền và vận hành phức tạp. 7.2.1. QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ GÂY Ô NHIỄM 7.2.1.1. 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 khác pha 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. 7.2.1.2. THIẾT BỊ LỌC HƠI KHÍ ĐỘC THƯỜNG DÙNG a- Buồng phun Cửa dẫn khí thải ra Cửa dẫn khí vào Dàn vòi phun Lớp 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 vg = 1 ~ 2,5 kg/ms . Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : m = 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. b- 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 m = 1,5 ~ 4 kg/kg kk. Trở lực của tháp cho dòng khí thải p = 60 x (h/0,4) kg/m2. Lớp tách hạt lỏng Dàn vòi tưới Cửa dẫn khí vào Lớp vật liệu rỗng H2-17: Sơ đồ nguyên lý tháp đệm. 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. c- 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 nước Mặt sàng khoan lỗ Dàn ống cấp dung dịch hấp thu Ngưỡng nước tràn Cửa dẫn khí vào H2 – 18: Sơ đồ nguyên lý tháp bọt. 7.2.1.3. CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ KHÍ SO2 a- 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 (xem bảng), do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Nhiệt độ nước OC 0 10 20 30 40 50 Lượng hoà tan SO2 ( g/100g H2O) 22,8 16,2 11,3 7,8 5,41 - Khi SO2 tan trong nước, dung dịch có tính axit. Phần lớn SO2 hoà vào nước ở dạng hidrat hoá SO2x7H2O. Nếu dùng phương pháp phun nước để lọc SO2 trong khói lò đốt có nhiệt độ cao (từ 180 ~ 200 OC) thì cần phải làm nguội khí và nước phun sao cho dung dịch phun luôn có nhiệt độ trong khoảng 25~30OC. Chỉ khi đó thiết bị dùng phương pháp phun nước mới làm việc có hiệu suất cao. Vì nước phun trong tháp đồng thời được dùng để làm nguội khí lò, và phải tuần hoàn nhiều lần trước khi thải bỏ nên nhiệt độ nước tăng cao, gây nguy cơ dung dịch phun nhả khí SO2 đã hấp thu được vào khí thải. Khí SO2 sẽ bay hơi trở lại không khí khi nhiệt độ nước tăng. Sau khi hấp thụ, muốn lấy lại khí SO2 thì phải 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 thải 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 Nếu không dùng nước tuần hoàn thì lượng nước phun sẽ rất cao nên quy trình này sẽ không khả thi. b- 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 trộn Đá vôi Tháp đệm Nghiền Khí thải Bùn cặn Lọc 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 đá vôi mới. Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản thuỷ lực của thiết bị không quá 120 kg/m2. c- Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi: Sữa vôi là dung dịch quá bão hoà của vôi (Ca(OH)2) với nước (với hàm lượng vôi 100~110 g/lít). Khi phun vào tháp phun hay tháp đệm, khí SO2 bị dung dịch hấp thụ và xảy ra phản ứng: Ca(OH)2 + SO2 => CaSO3 ¯+ H2O Sunfit canxi ít tan trong nước và bị oxi hoá dần thành sufat canxi, lắng xuống theo phản ứng: 2CaSO3 + O2 => 2CaSO4¯ Quy trình này này đã được dùng thử ở nhiều nơi và là đối tượng nghiên cứu của đề tài do GS. TS.Trần Ngọc Chấn và TS Bùi Sỹ Lý tiến hành (1999~2000) trong tháp đệm. Đề tài này nghiên cứu trong chế độ khí nguội (trong điều kiện tự nhiên rất ít gặp). Nghiên cứu này chỉ ra : Chỉ có thể có hiệu quả hấp thu SO2 trong khí thải cao (tới 98%) khi dùng tháp đệm có chiều dày lớp đệm h = 1m; Vận tốc trọng lượng dòng khí thải ~0.6 kg/m2s và hệ số phun nước vôi có pH = 9~10 là 2 kg/m3kk. Tuy thế, các tài liệu tham khảo và thực tế sử dụng đã cảnh báo tính phức tạp trong sử dụng vì cặn vôi đóng cứng làm hư hỏng hệ thống và thiết bị vì lý do như sau: Trong khói lò đốt ngoài khí SO2 ra còn có CO2 với hàm lượng cao. Lương khí này sẽ phản ứng với dung dịch nước vôi theo phản ứng sau: Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3¯ + H2O Phản ứng không mong muốn này làm tiêu tốn thêm hoá chất trong hệ thống. Đồng thời, CaCO3 sẽ lắng đọng trên bề mặt lớp đệm, làm dày lên và làm tắc lớp đệm. Chúng còn đóng trên hệ thống phun dung dịch làm tắc nghẽn hệ thống này. Một cách khác là: Sữa vôi Ca(OH)2 được hoà trộn và phun vào tháp sấy khô dùng khí thải từ lò đốt làm chất cấp nhiệt. Hạt dung dịch khô dần trong dòng khí thải, hấp thu khí SO2 và được thu lại trong thiết bị thu bắt bụi sau buồng phun. Phương trình phản ứng giống như trên. d- Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch Xút: Có một vài ứng dụng trong nước dùng tháp phun kết hợp tháp đệm lọc SO2 bằng dung dịch xút 0,5~ 1% thay cho dung dịch vôi với hệ số phun m » 3kg/kg đã cho kết quả: Hạ được nồng độ SO2 trong khí thải lò đốt dầu F.O khoảng 85 ~ 90%. Phản ứng trong quá trình như sau: NaOH + SO2 =NaHSO3 NaOH + NaHSO3 = Na2SO3 +H2O Dung dịch này tránh được nhược điểm của dùng vôi là ít bị nghẹt hệ thống phun dung dịch và chỉ hấp thu SO2 . Phản ứng phụ của xút với CO2 nếu có xảy ra thì một phần của cacbonat natri được hình thành sẽ phản ứng với khí SO2 để tạo thành sunfit và bisunfit natri: NaOH + H2CO3 = NaHCO3 + H2O 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 +CO2 NaHCO3 + SO2 = NaHSO3 + CO2 Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3 Tuy vậy hệ thống này tiêu tốn nhiều xút ; Còn đòi hỏi khí thải phải được làm nguội trước khi xử lý và trên thực tế nước thải đã không được xử lý khi thải bỏ, vì nếu cộng thêm phần xử lý nước thì giá thành hệ thống rất cao. Ngoài ra hệ thống này cần làm bằng vật liệu chịu được môi trường kiềm cao như INOX; COMPOSITE… e- Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sođa: Có thể thay dung dịch NaOH bằng dung dịch SÔDA để hấp thụ khí SO2 . Phản ứng xảy ra như sau: Na2CO3 + SO2 => Na2SO3 +CO2 Na2SO3 + SO2 + H2O = >2NaHSO3 Natri bisunfit có thể lấy ra khỏi nước bằng cách cho phản ứng với oxit kẽm : NaHSO3 + ZnO => ZnSO3 + NaOH Sunfit kẽm không hoà tan nên lấy ra khỏi dung dịch trong các thùng lắng. f- 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 đệm lấy bằng 0,6 m/s; chiều cao lớp đệm bằng khâu thuỷ tinh đường kính 6 mm khoảng 120mm; Cường độ tưới m = 10~25 lít/m3không khí, hiệu quả của quá trình chỉ đạt < 50%. g- Phương pháp xử lý khí clo bằng sữa vôi: Sữa vôi là huyền phù Ca(OH)2 có dư vôi với hàm lượng vôi 100~110 g/lít. Khí thải sau khi được làm nguội đến 700C đi vào tháp phun hay tháp đệm, tại đây các khí clo, HCl và CO2 bị sữa vôi hấp thụ và làm nguội đến 30-40OC trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Phương trình phản ứng như sau: 2Ca(OH)2 + 2CL2 = Ca(OCL)2 + CaCL2 + 2H2O. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Ca(OH)2 + HCL = CaCL2 + 2H2O. Ưu điểm của phưng pháp này là hiệu quả cao (80-90%), đơn giản, nguyên liệu sẵn có và rẻ tiền. Nhược điểm của phương pháp là sự hình thành canxi hypoclorit đòi hỏi phải xử lý trước khi thải ra hệ thống thoát nước và tiêu hao nhiều sữa vôi, nhất là khi trong khí thải có chứa CO2. 7.2.2. QUY TRÌNH HẤP PHỤ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 7.2.2.1. CHẤT 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. Bảng sau đây cho khă năng hấp phụ tối đa một số chất của than hoạt tính. Chất bị hấp phụ Lương hấp phụ Maximum , kg/kg Carbon Carbon tetrachloride, CCl4 0.450 Butyric acid, C4H8O2 0.350 Amyl acetate, C7H14O2 0.340 Toluene, C7H8 0.290 Putrescene, C4H12N2 0.250 Skatole, C9H9N 0.250 Ethyl mercaptan, C2H6S 0.230 Eucalyptole, C10H18O 0.23 Ethyl acetate, C4H5O2 0.190 Sulfur dioxide, SO2 0.100 Acetaldehyde, C2H4O 0.070 Methyl chloride, CH3Cl 0.050 Formaldehyde, HCHO 0.030 Chlorine, Cl2 0.022 Hydrogen sulfide, H2S 0.014 Ammonia, NH3 0.013 Ozone, O3 decomposes to O2 Source: P.C. Wankat, 1990, Rate-controlled separations (London: Elsevier). 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. 7.2.2.2. THIẾT BỊ 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. Trở lực không khí của thiết bị khoảng 60~80kg/m2 cho mỗi 100 mm chiều dày lớp hấp phụ. 7.2.2.3. HẤP THỤ 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 tầng Khí thải Khí thải H2 – 20: Sơ đồ hệ thống hấp phụ SO2 bằng than hoạt tính. Nhiệt Than hoạt tính SO2 Hoàn nguyên Than hoạt tính 7.2.2.4. HẤP PHU 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. 7.2.3. XỬ LÝ KHÍ Ô NHIỄM BẰNG THIÊU ĐỐT 7.2.3.1. QUY TRÌNH Đây là quá trình đơn giản nhất để phân hủy các chất hữu cơ có thể cháy được dựa vào phản ứng với ôxi trong không khí và phát sinh nhiệt (phản ứng cháy). Điều kiện để phản ứng cháy xảy ra liên tục là: - Nồng độ chất cháy nằm trong khoảng cháy được. - Nồng độ oxi trong hỗn hợp đủ cho phản ứng cháy. - Có ngọn lửa mồi hay có nhiệt độ đủ cao. Trong trường hợp không đủ 3 điều kiện trên (và thường gặp là nồng độ chất cháy không đủ lớn) thì quá trình chỉ có thể tiến hành trong buồng đốt có phun nhiên liệu bổ xung. Các phản ứng thường gặp là: C + O2 = CO2 + nhiệt. 2H2 + O2 = 2H2O + nhiệt. 2CO + O2 = 2CO2 + nhiệt. S + O2 = SO2 + nhiệt. 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O + nhiệt. 2C6H6 (ben zen)+ 7O2 = 12CO2 + 6H2O + nhiệt. 7.2.3.2. THIẾT BỊ a- Đốt trong buồng đốt. Quy trình này bao gồm đưa hỗn hợp khí thải và không khí qua buồng đốt để nâng nhiệt độ khối khí lên tới 1100oC bằng ngỏn lửa trần. 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, rác thải nguy hại trong buồng đốt. Khí thải Không khí Lò đốt Thu hồi nhiệt Ống thải Nhiệt. Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có thu hồi nhiệt. 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. Khí thải Không khí Lò đốt Buồng xúc tác Ống thải Sơ đồ đốt khí thải chứa chất hữu cơ dạng khí có dùng xúc tác. b- Đốt trên mỏ đốt ngoài. Khi nồng độ chất cháy được nằm trên giới hạn cháy và có nhiệt lượng trong khoảng 3.150 ~ 3.350 kg/m3, người ta dùng mỏ đốt ngoài đốt trực tiếp khí thải trong không khí. Phương pháp này thường được dùng để đốt bỏ khí đồng hành trong khai thác dầu thô. 7.2.4. PHÁT TÁN KHÍ Ô NHIỄM Trong khí thải có chứa chất ô nhiễm không khí nằm trong tiêu chuẩn cho phép thải vào không khí nhưng vượt xa tiêu chuẩn cho phép trong môi trường. Vì thế phải dùng khả năng phát tán, hoà loãng của môi trường không khí để thải khí thải vào môi trường nhưng không làm ô nhiễm môi trường. 7.2.4.1. PHÂN LOẠI NGUỒN THẢI - Nguồn thải thấp – thải trong bóng khí động của ngôi nhà. - Nguồn thải cao – thải trên bóng khí động của ngôi nhà. - Nguồn thải điểm – Kích thước nhỏ trong không gian. - Nguồn thải đường – Nguồn thải có kích thước dài trong không gian. - Nguồn thải diện – nguồn thải là một vùng trên mặt đất. 7.2.4.2. KHÁI NIỆM VỀ BÓNG KHÍ ĐỘNG Khi có một luồng gió di chuyển song song với mặt đất và va vào tường chắn vuông góc với chiều gió. Ở mặt trước tường, không khí bị dồn nén lại làm tăng áp suất tỉnh của không khí tại đó. Ap suất tĩnh này có xu hướng đẩy dòng gió lên cao. Mặt sau bức tường do gió bị cản lại làm áp suất tĩnh giảm xuống. Kết quả là một vùng xoáy quẩn xuất hiện sau tường chắn, kéo dài theo chiều gió tới một khoảng cách nào đó trên mặt đất ,tại đó gió mới lấy lại được vận tốc và hướng cũ. Vùng xoáy quẩn này được gọi là vùng bóng rợp khí động của tường chắn. Qua nghiên cứu, người ta đã xác định được bóng rợp khí động của tường chắn có chiều cao h như hình vẽ sau: Trong vùng bóng khí động, tốc độ di chuyển của gió rất nhỏ không khí trao đổi với không khí vùng xung quanh kém dễ gây các hiện tượng tích tụ chất ô nhiễm. H 2-1: Quy luật bóng khí động sau tường chắn. L/h 1 2 3 4 5 6 7 8 H/h 1.7 2.1 2 1.8 1.2 0.7 0.4 0 Đối với nhà cửa đứng độc lập do có các ô văng, lỗ cửa thông gió nên quy luật của bóng rợp khí động có phần nào thay đổi theo xu hướng giảm chiều cao và chiều xa của vùng bóng rợp khí động. Khi có nhiều công trình nối tiếp nhau theo chiều gió, công trình phía trước sẽ ảnh hưởng đến công trình phía sau. Quy luật của bóng rợp khí động cũng sẽ đổi khác. Để xác định đúng bóng rợp khí động của nhà, người ta làm mô hình và xem xét trong ống khí động hay máng thủy lực. Sau đây là một vài trường hợp đơn giản đã được nghiên cứu: - Nhà đứng độc lập có chiều ngang hẹp. Nhà được coi là được đứng độc lập nếu phía đầu gió của ngôi nhà, công trình cao nhất có khoảng cách tới nó tối thiểu là 8 tới 10 lần chiều cao. Phía dưới gió của ngôi nhà khoảng 8 đến 10 lần chiều cao nhà không có ngôi nhà nào kế cận. Nhà được xem có chiều ngang hẹp khi chiều ngang nhà nhỏ hơn hoặc bằng 2.5 chiều cao. Khi đó bóng khí động của ngôi nhà có chiều cao 1.8h và chiều dài 6h phía sau và trên ngôi nhà.(hình a) - Nhà đứng độc lập có chiều ngang rộng. Khi chiều ngang b lớn hơn 2.5h. Bóng khí động của nhà gồm hai khu vực như hình vẽ. Nhà đứng gần nhau, gió thổi vào khu nhà thì không gian giữa hai dãy nhà sẽ có vùng gió quẫn. Nếu nhà đầu gió có chiều ngang hẹp thì vùng gió quẫn có chiều dài 8h. Nếu nhà rộng thì một phần mái nhà không nằm trong vùng quẫn gió. 7.2.4.3. TÍNH TOÁN NGUỒN ĐIỂM THẢI CAO a- Sử dụng trang bảng tính sẵn trong EXCEL theo mô hình GAUSS. Dạng công thức phổ biến nhất mà Sutton và Passquill đưa ra là: Khi xác định nồng độ chất ô nhiễm gần mặt đất thì xem z = 0. Khi đó ta có: Trong đó: C - Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí có tọa độ x,y,z. sy,sz - Hệ số khuếch tán rối theo các phương y,z tương ứng với sai phương chuẩn của hàm phân phối Gauss. u - Vận tốc gió. Tốc độ gió u: Gió thường có trị số tốc dộ u thay đổi theo chiều cao.Người ta biểu diễn thay đổi đó bằng biểu thức: Trong đó : u0 và u1 tốc độ gió ở 2 điểm khác cao độ. zo và z1 độ cao ở 2 điểm. p – Số mũ. Cho mặt đất bằng phẳng hay trên mặt nước lớn , hệ số p trong bảng được nhân thêm hệ số 0.56 cho mọi cấp ổn định của khí quyển. Hệ số p cho mặt đất gồ ghề : Cấp ổn định của khí quyển Diễn giải p A Rất không ổn định 0.15 B Không ổn định điển hình 0.15 C Không ổn định nhẹ 0.2 D Trung tính 0.25 E Ổn định nhẹ 0.4 F Ổn định 0.6 H - Chiều cao hiệu quả của ống khói. H = Ht + Dh. (m) Theo BRIGG (1972) kiến nghị, Dh tính như sau: Khi cấp ổn định của khí quyển là A ~ D : Xf =120F 0,4 nếu F ³ 55 m4/s3 Xf =50F 5/8 nếu F £ 55 m4/s3 g – Gia tốc trọng trường ( m/s2 ). r – Bán kính ống thải ( m ). Vs – Vận tốc khí thải qua miệng ống ( m/s ) . u – Tốc độ gió ở miệng ống thải ( m/s ). Tk – Nhiệt độ khí thải ( OK ). Tx – Nhiệt độ không khí xung quanh thải ( OK ). Khi cấp ổn định của khí quyển là E ~ F : 4 , 2 3 / 1 ÷ ø ö ç è æ + ¶ ¶ ´ = ÷ ø ö ç è æ ´ ´ = D r z T T g S S u F H x x r – Độ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ( = 0,01 OC/m ) b- Sử dụng trang bảng tính sẵn trong EXCEL theo mô hình BERLIAND và các cộng sự. Nồng độ cực đại Cm trên mặt đất dưới hướng gió của ống thải đơn ( Trục X ): Cho nguồn nóng có Dt > 0 f < 100 m/s2.OC Cho nguồn nguội , khi Dt £ 0 f > 100 m/s2.0C Trong đó: A – Hệ số điạ lý khu vực. A = 240 M – Lượng chất ô nhiễm thải g/s F – Hệ số F=1 Khi thải chất ô nhiễm là khí F=2 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch không dưới 90%. F=2,5 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch 75~90%. F=3 Khi thải bụi có hiệu quả lọc sạch 75%. H – Chiều cao ống thải m D – Đường kính miệng ống thải m L – Lưu lượng khí thải m3/s Dt – Chệnh lệch nhiệt độ khí thải . OC m – Hệ số không thứ nguyên . n – Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào vm . Cho nguồn nóng có Dt > 0 f < 100 m/s2.OC Cho nguồn nguội , khi Dt £ 0 f > 100 m/s2.0C Vs – Tốc độ khí thải tại miệng ống thải. m/s Khi Vm £ 0,3 n = 3 Khi 0,3 Ð Vm Ð 2 Khi Vm > 2 n = 1 Nồng độ chất ô nhiễm trên trục X : CX = S1 x Cm mg/m3 Nồng độ chất ô nhiễm trên trục Y : Cy = S2 x Cx mg/m3 S1 - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục X so với nồng độ cực đại.Cm .Tra biểu đồ theo F và X/Xm. S2 - Hệ số giảm nồng độ chất ô nhiễm theo trục Y so với nồng độ cực đại.Cm .Tra biểu đồ theo u( Y/Xm). u – Tốc độ gió tính toán. m/s Khoảng cách xuất hiện Cm kể từ chân ống thải : Cho khí thải : Xm = dO x H m Trong đó do – Hệ số. Tra đồ thị theo Vm và f. [ ]. Hay tính: Trong đó: cho nguồn nóng f <100: Vm £ 2 Vm > 2 Cho nguồn nguội f =>100 Vận tốc gió nguy hiểm: Chất ô nhiễm được khuyếch tán rộng là nhờ gió. Nhưng gió càng lớn càng làm giảm sự khuyếch tán theo chiều đứng của luồng khí thải. Luồng càng sớm tiếp xúc với mặt đất. Các nghiên cứu cho thấy tồn tại một tốc độ gió nguy hiểm Um làm xuất hiện nồng độ chất ô nhiễm cực đại trên mặt đất. Um được xác định như sau: Khi Vm £ 0,5 Um = 0,5 Khi Vm = 0,5 ~ 2 Um = Vm Khi Vm > 2 Trong cách tính này hệ số f được tính như sau : Với phương pháp này , ta có thể tính được lượng chất ô nhiễm cực đại cho phép thải ra từ một ống thải cho trước bằng cách thay [ C ] vào biểu thức (24) và (25) để xác định lượng M cho phép. Cả hai phương pháp tính này được dùng cho ống thải cao của nguồn đơn và nồng độ chất ô nhiễm ban đầu không có. Nếu trước gió có nguồn thải cao khác có khả năng ảnh hưởng tới khu vực đang xét thì phải tính cộng ảnh hưởng của hai nguồn thải. Biểu đồ xác định trị số S1 Biểu đồ xác định tri số S2 CHƯƠNG 8 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 8.1. ĐO TIẾNG ỒN VÀ GIỚI HẠN CHO PHÉP 8.1.1. MỨC ỒN CHO PHÉP Các mức ồn cho phép được cho trong các tiêu chuẩn về tiếng ồn gồm: - TCVN 5949-1995. âm học. Tiếng ồn khu vực công cộng và dân cư. Mức ồn tối đa cho phép. - TCVN 5948-4995. âm học. Tiếng ồn phương tiên giao thông vận tải đường bộ. - Mức ồn tối đa cho phép. - TCVN 3985:1999. Âm học. Mức ồnc ho phép tại các vị trí làm việc. - TCVS 3733/ 2002. Mức ồn cho phép tại các vị trí lao động. 8.1.2. ĐO TIẾNG ỒN - Đo đạc tiếng ồn trong môi trường phải theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5964:1995 (Mô tả và đo tiếng ồn môi trường. Các đại lượng và phương pháp đo chính). - Việc chọn vị trí đo tiếng ồn phụ thuộc vào mục đích được quy định trong các tiêu chuẩn tương ứng. Nếu không có quy định của các tiêu chuẩn cụ thể khác, vị trí đo cần tuân thủ các yêu cầu sau: + Nơi đo cần cách cấu trúc phản xạ âm khoảng 3,5m (như các tấm tường phẳng lớn), để tránh ảnh hưởng của nhiễu phản xạ. Độ cao để tiến hành đo là 1,2 đến 1,5m trên mặt đất. + Nên chỉnh hướng micro sao cho có hướng phù hợp với mục đích đo. + Nếu đo trong vùng làm việc của công nhân thì nên đo không quá gần công nhân 0,5m. - Thiết bị đo tiếng ồn: Thiết bị đo được thiết kế để biến đổi các dao động áp suất không khí thành các dao động điện từ ở các microphone. Máy đo thường có bộ đổi mạng đặc tính tần số A, B, C hay “lin’. Thông thường hay dùng mạng đặc tính tần số A vì mạng này tương đối phù hợp với cảm quan của tai người. Các máy còn có khả năng đo giá trị tức thời hay trung bình tích phân trong những khoảng thời gian hẹn trước. 8.2. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG ỒN Có 3 bước giảm ô nhiễm tiếng ồn là: Kiểm soát nguồn phát sinh tiếng ồn, kiểm soát trên đường lan truyền hay dùng thiết bị bảo vệ cá nhân. 8.2.1. HÚT ÂM VÀ CÁCH ÂM - Hút âm: là khả năng hấp thu âm thanh của vật dụng và kết cấu xây dựng. khả năng hấp thu âm thanh phụ thuộc vào đặc tính bề mặt; bản chất vật liệu. Công thức tính lượng hút âm của phòng là: DL = S10lg(a.S) (dB) S – diện tích bề mặt hút âm (m2). a – hệ số hút âm của bề mặt. (tra sổ tay tính toán). - Cách âm: Là khả năng làm giảm dòng âm truyền qua kết cấu xây dựng. Khả năng cách âm của kết cấu xây dựng phụ thuộc vào cấu tạo các lớp và vật liệu của lợp kết cấu. VD: Tường gạch đinh dày 120mm 51 dB. 170 mm 55 dB. 220 mm 58 dB. Tấm bê tông cốt thép dày 40 mm 37 dB. 100 mm 45 dB. 8.2.2. GIẢM TIẾNG ỒN TẠI NGUỒN - Chọn vị trí đặt máy thích hợp: Bố trí các nơi làm việc cần yên tĩnh ở vị trí cách xa nguồn ồn. Đánh giá mức ồn trước khi lắp đặt, bố trí các thiết bị mới… - Thay thế các thiết bị hay chi tiết đã hư hỏng, quá hạn sử dụng bằng các thiết bị mới, hoạt động êm hơn. - Cân bằng tốt các vật quay để giảm rung động phát sinh tiếng ồn cơ khí. Đặt các máy có rung động gây ồn lên các bệ đàn hồi để chống lan truyền rung động vào kết cấu nhà gây ồn. - Nguồn gây tiếng ồn khí động : sự chuyển động của các dòng khí có tốc độ cao gây ra tiếng ồn khí động, đặc biệt là sau các ống phun hay quạt gió tăng áp. Cần cải thiện chế độ chảy của dòng khí nếu có thể. - Làm ống giảm âm thanh cho các ống thải khí của động cơ nổ như máy phát điện, xe hơi, xe máy, máy tầu thủy… - Bao bọc nguồn ồn bằng vỏ cách âm. Ví dụ làm vỏ cách âm cho máy phát điện, quạt gió hay máy nén khí…gây tiếng ồn. Vỏ cách âm của thiết bị thường có nhiều lớp. Bên ngoài là thép lá dày 2ly có gân tăng cứng; phía trong có lớp vật lịêu xốp có các lỗ rỗng nhỏ thông với nhau thường dùng bông thủy tinh dày 50 mm, tiếp theo là lớp vải lót và lớp tôn lỗ để bảo vệ lớp vật liệu xốp. Khả năng cách âm của lớp vỏ này như sau: Tần số Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 DL dB 10 14 23 33 40 43 44 - Làm các hệ thống thiết bị tiêu âm trên các hệ thống thổi gió để giảm tiếng ồn lan truyền trong đường ống. Loại thiết bị này thường là các khoang rỗng có kích thước lớn phía trong có các tấm vật liệu hút âm bố trí song song nhau dọc chiều dòng không khí và ở các bên vách thiết bị. Khả năng giảm âm của loại kết cấu này : DL = k.L (dB). k – Mức giảm âm trên một đơn vị chiều dài buồng tiêu âm. (dB/m). L – Chiều dài buồng tiêu âm. (m). 8.2.3. GIẢM TIẾNG ỒN TRÊN ĐƯỜNG LAN TRUYỀN - Trong nhà xưởng: + Bố trí các tấm vật liệu hút âm trên trần, trên tường, treo trong không gian nhà xưởng để hấp thu âm lan truyền trong không khí và phản xạ từ các vật dụng khác. + Các cửa đi lại, cửa sổ thông gió nên treo các rèm để hấp thu và ngăn tiếng ồn truyền ra ngoài. - Khi lan truyền trong không khí, sóng âm bị mất dần năng lượng nên mức âm thanh cũng giảm bớt. Có thể dùng công thức sau để tỉnh gần đúng mức giảm tiếng ồn: Với nguồn điểm: Với nguồn đường: ΔLd = ΔL / 2 (dB) Trong đó: r1 – Khoảng cách đo tiếng ồn ban đầu (thường = 1m). r2 – Khoảng cách từ điểm tính toán tới nguồn tiếng ồn (m). a – Hệ số kể đến khả năng hấp thu tiếng ồn của mặt đất. a = -0,1 đối với mặt đường nhựa và bê tông. a = 0 đối với mặt đất trống. a = 0,1 đối với mặt đất trồng cỏ. - Khi bố trí các tuyến đường cao tốc có tiếng ồn cao đi qua các khu dân cư, cần thiết phải có dải phân cách với khu nhà ven đường bằng tường chắn âm. Tường chắn âm có thể là tường xây hay các dải cây xanh có nhiều tầng tán lá sát từ mặt đất tới ngọn để ngăn cản và hấp thu tiếng ồn. Các lọai cây xanh thân gỗ có tán cao trên 2~3m có rất ít tác dụng ngăn cản và hấp thu tiếng ồn. - Các khu công nghiệp ở gần khu dân cư cũng phải bố trí các dải cây xanh cách ly này để ngăn tiếng ồn ảnh hưởng tới xung quanh. - Có thể tính độ giảm tiếng ồn từ đường giao thông qua dải cây xanh bằng công thức sau: Trong đó: ΔLCX = Mức giảm tiếng ồn qua các dải cây xanh và khoảng trống (dB). ΔLd – Mức giảm tiếng ồn khi không có dải cây xanh. (dB). Z = số dãy cây xanh. Bi = Chiều rộng (tính bằng mét) của các dải cây xanh. β = Hệ số tiêu âm của tán cây lá rộng. β = 0,12~0,17 dB/m. 8.2.4. TƯỜNG CHẮN ÂM Là các loại tường xây hay công trình chắn giữa nguồn âm thanh và người nghe. Phía sau tường chắn và công trình có các bóng âm làm giảm mức âm thanh nhiều hơn so với khi không có công trình. Chiều dài của bóng âm được tính như sau: L = B2 x f / (4 x C) (m). Trong đó: B- Chiều rộng của màn chắn (m) f- Tần số của âm thanh. (Hz). C- Tốc độ truyền âm trong không khí. (m/s). b a M - Mức âm thanh giảm từ N tới M sau màn chắn dài vô hạn DL¥ là một hàm số phụ thuộc vào biểu thức: N x = (a+b-c) = [0,005~ 6] (m) . c DL¥ = 2,7721Ln(x) + 18,592 (dB) - Khi màn chắn dài hữu hạn, mức âm thanh giảm DLhh từ N tới M sau màn chắn là: DLhh = DLmin+ D (dB). DLmin – Độ giảm mức cường độ âm nhỏ nhất trong DLa1 và DLa2 sau màn chắn. Tra bảng theo (DL¥ & a1) và (DL¥ & a2). D - Số hiệu chỉnh. Tra bảng theo hiệu số DLa1 và DLa2. Bảng xác định D (dB) theo hiệu số DLa1 và DLa2. Hiệu số DLa1 và DLa2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 D (dB) 0 0,8 1,5 2 2,4 2,6 2,8 2,9 2,9 3 3 3 Bảng các định giá trị DLa1 và DLa2 theo độ giảm âm thanh khi tường dài hữu hạn DL¥ và góc a. a DL¥ 45 50 55 60 65 70 75 80 85 6 1,2 1,7 2,3 3 3,8 4,5 5,1 5,7 6 8 1,7 2,3 3 4 4,8 5,6 6,5 7,4 8 10 2,2 2,9 3,6 4,8 5,8 6,8 7,8 9 10 12 2,4 3,1 4 5,1 6,2 7,5 8,8 10,2 11,7 14 2,6 3,4 4,3 5,4 6,7 8,1 9,7 11,5 13,3 16 2,8 3,6 4,5 5,7 7 8,6 10,4 12,4 15 18 2,9 3,7 4,7 5,9 7,3 9 10,8 13 16,8 20 3,2 3,9 4,9 6,1 7,6 9,4 11,3 13,7 18,7 22 3,3 4,1 5,1 6,3 7,9 9,8 11,9 14,5 20,7 24 3,5 4,3 5,6 6,5 8,2 10,2 12,6 15,4 22,6 a1 a2 M Tường chắn Sơ đồ xác định góc a1 và a2 từ M và tường chắn dài hữu hạn. 8.2.5. SỬ DỤNG PHƯƠNG TIỆN BẢO VỆ CÁ NHÂN Các phương tiện bảo vệ tai đặc biệt hữu dụng dối với công nhân trong các nhà máy và thợ xây dựng, khai thác… tiếp xúc với nguồn ồn lớn do nghề nghiệp. Loại thường dùng là nút tai chống ồn và chụp bịt tai chống ồn. Chụp tai cho hiệu qủa cao hơn là nút tai chống ồn. Khi sử dụng, tuỳ theo nền tiếng ồn và tần số tiếng ồn cao hay thấp mà chọn loại nào cho phù hợp. Bất lợi của biện pháp này là gây vướng víu và không thoải mái về tâm lý. CHƯƠNG 9 QUẠT GIÓ 9.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 9.1.1. KHÁI NIỆM Quạt gió là thiết bị tạo ra chênh áp ở đầu vào và ra quạt để vận chuyển không khí từ miệng hút tới miệng thổi khí trong hệ thống hay từ nơi này tới nơi khác trong không gian. 9.1.2. PHÂN LOẠI - Theo nguyên lý: Có hai loại quạt gió thường được dùng trong thực tế ứng với hai nguyên lý và cấu tạo khác nhau. + Quạt gió ly tâm là lọaị quạt gió mà không khí đồi từ chuyển động theo trục miệng vào trong quạt thành chuyển động theo hướng ly tâm đi qua guồng cánh ti miệng ra. + Quạt gió hướng trục là loại quạt mà không khí chuyển động từ miệng vào tới miệng ra dọc theo trục quay của quạt. - Theo nhiệm vụ và chất ô nhiễm: + Quạt vận chuyển không khí thường. + Quạt chống ăn mòn. + Quạt chống cháy nổ. + Quạt vận chuyển không khí lẫn bụi. - Theo áp suất tạo ra thành: + Quạt áp suất thấp (Dp ≤ 100 kg/m2); + Quạt áp suất trung bình (Dp = 100~300 kg/m2). + Quạt áp suất cao (Dp > 300 kg/m2). - Theo hình dáng: + Quạt guồng cánh đơn. + Quạt guồng cánh đôi hút 2 bên. 9.1.3 QUẠT LY TÂM Cấu tạo quạt: - Vỏ (xoắn ốc): Mặt trước mang ống gom – mặt sau – vành bao – lưỡi nhô - ống đẩy. - Giá đỡ - Động cơ và bộ truyền gồm: Trục quay, ổ đỡ, dây đai và pu-ly. - Guồng cánh gồm: Đĩa trước – cánh quạt – đĩa sau – moay-ơ. Quạt có cánh cong về phía sau. Quạt có cánh đầu mút thẳng. Quạt có cánh cong về phía trước. Làm việc. Chiều quay của guồng cánh luôn quay theo chiều mở rộng dần của vỏ. Chiều quay của vỏ quạt: Quay trái khi vỏ quạt mở rộng dần theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn từ miệng hút. Quay Phải khi vỏ quạt mở rộng dần ngược chiều kim đồng hồ nếu nhìn từ miệng hút. Hướng ra của miệng thổi: T – D – P – T. Cách gọi tên: Quạt liên xô gọi tên theo chủng loại – hệ số áp suất toàn phần – chỉ số tốc độ - đường kính guồng cánh quạt (dm). VD: quạt Ц 4 - 70 số 5. Chỉ số tốc độ: 9.1.4. QUẠT HƯỚNG TRỤC Cấu tạo: guồng cánh, vỏ , trục đỡ, động cơ và pu-ly đai truyền, lá hướng dòng trước và sau guồng cánh. 9.2. BIỂU ĐÒ ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT LY TÂM 9.2.1. SƠ ĐỒ KHÍ ĐỘNG Là bản vẽ các kích thước chi tiết các khoảng không gian trong quạt từ lối vào tới lối ra theo tỷ lệ phần trăm với đường kính guồng cánh quạt. Mỗi loại quạt đều có chung một sơ đồ khí động nhưng khác nhau về kích thước và tốc độ quay. 9.2.2. BIỂU ĐỒ ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT Là đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa áp suất và lưu lượng ở mỗi tốc độ quay và đường kính guồng cách nhất định. Biểu đồ đặc tính của quạt được xây dựng từ đo đạc thiết bị có thực. 9.2.3. BIỂU ĐỒ ĐẶC TÍNH KHÔNG THỨ NGUYÊN CỦA QUẠT LY TÂM Là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên của quạt. Hệ số lưu lượng: Trong đó: D - đường kính guồng cánh quạt (m). n - Tốc độ quay trên trục quạt (v/ph). Q – Lưu lượng dòng khí đi qua quạt (m3/s). Hệ số áp suất: Trong đó: y - Hệ số áp suất toàn phần tính từ áp suất toàn phần do quạt tạo ra P(kg/m2). ys - Hệ số áp suất tĩnh tính từ áp suất tĩnh do quạt tạo ra Ps(kg/m2). r - Mật độ không khí. (r = g/g). Hệ số công suất: N – công suất tiêu tốn trên trục quạt (kW). Hiệu suất của quạt: Biểu đồ biểu diễn quan hệ của các đại lượng j - y - h - ys - hs - l được gọi là biểu đồ đặc tính không thứ nguyên của quạt. Từ biểu đồ đặc tính không thứ nguyên, người ta xây dựng các biểu đồ đặc tính cho các quạt có đường kính và tốc độ quay khác nhau ở trong khoảng giới hạn hiệu suất khí động của quạt: h = 0,8 x hmax. Các bước tiến hành: + Cho trước D và n. + Tính F và u. + Thế vào công thức tính L; P; N từ các giá trị của j - y - h - ys - hs - l. + Vẽ đường đặc tính làm việc của quạt với các n và D khác nhau. 9.2.4. TÍNH CHỌN QUẠT Các bước như sau: - Các thông số cần biết để chọn quạt: + Lưu lượng yêu cầu: L (m3/h). + Trở lực yêu cầu: P (kg/m2). + Những yêu cầu khác: Tính năng chống cháy nổ; Nhiệt độ không khí qua quạt; Nồng độ bụi và loại bụi; Tính năng ăn mòn… - Chọn chủng loại quạt có tính năng phù hợp: ® Chủng loại quạt. - Tra biểu đồ đặc tính làm việc: ®Đường kính guồng cánh và tốc độ quay. Lưu ý: Tốc độ dài u của guồng cánh £ 50~100 m/s. - Tính công suất yếu cầu cho động cơ điện: hk – Hiệu suất của quạt. ht – Hiệu suất của bộ truyền đai. ( = 0,9~0,95). hc – Hiệu suất của bộ trục đỡ quạt. ( = 0,95~0,97). - So sánh với dãy công suất động cơ để chọn công suất động cơ điện. Bảng các cấp động cơ điện. HP 1/4 1/2 3/4 1 1,5 2 3 5 7,5 10 KW 0,18 0,37 0,55 0,75 1,1 1,5 2,1 3,7 5,5 7,5 HP 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 KW 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90 Loại động cơ điện chọn phải có công suất Nđc: Nđc = N x 1,2 (KW). 9.3. LÀM VIỆC CỦA QUẠT TRONG MẠNG 9.3.1. SỰ TƯƠNG THÍCH CỦA QUẠT VÀ MẠNG Khi lắp nối quạt vào mạng, quạt sẽ làm việc tại điểm là giao của đường đặc tuyến mạng và đặc tính khí động của quạt. Khi điểm này không trùng với điểm tính toán thì phải hiệu chỉnh lại hệ thống. Khi Lưu lượng thực lớn hơn lưu lượng tính toán ® Khép lại van trên hệ thống hay giảm tốc độ quay trên trục. Khi Lưu lượng thực nhỏ hơn lưu lượng tính toán ® Tăng tốc độ quay trên trục. 9.3.2. SỰ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ QUAY TRÊN TRỤC Khi chỉ thay đổi tốc độ quay của quạt, các thông số của quạt sẽ biến đổi như sau: j = idem y = idem l = idem L; n; P; N – Lưu lượng; tốc độ quay; áp suất toàn phần; công suất động cơ ở chế độ đang xét (1 và 2). 9.3.3. LẮP NỐI QUẠT SONG SONG Chỉ lắp nối nhiều quạt làm việc song song trong 1 mạng đường ống khi các quạt giống hệt nhau. Lưu lượng của hệ thống là tổng lưu lượng của mỗi quạt. L HT = L1 + L2 + …+LN Áp suất của mỗi quạt bằng trở lực của toàn hệ thống. PHT = P1 = P2 = …= PN Lắp ráp hai quạt song song Lắp ráp hai quạt nối tiếp 9.3.4. LẮP QUẠT NỐI TIẾP Chỉ lắp nối nhiều quạt làm việc nối tiếp trong 1 mạng đường ống khi các quạt giống hệt nhau. Lưu lượng của hệ thống là lưu lượng của mỗi quạt. LHT = L1 = L2 = … = LN Tổng áp suất của các quạt bằng trở lực của toàn hệ thống. PHT = P1 + P2 +…+ PN TÀI LIỆU THAM KHẢO Các đồng tác giả Nguyễn Thiện Nhân, Phạm Tiến Dũng, Lê Vân Trình, Trần Phúc Tuệ, (1998-1999). Xử Lý Khói Thải Lò Hơi. Sở Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường Thành Phố Hồ Chí Minh. Các đồng tác giả Dương Đức Hồng, Hoàng Kim Cơ, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Trần Hữu Uyển (2001). Kỹ thuật môi trường. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Hoàng Thị Hiền (2000). Thiết kế thông gió công nghiệp. Nhà xuất bản xây dựng. Nguyễn Văn Xuân (2005). Nhiệt kỹ thuật. Trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Trần Ngọc Chấn (1999). Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 1; 2;3. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Trần Sĩ Phiệt- Vũ Duy Quang (1979). Thủy khí động lực kỷ thuật. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Phạm Lê Dần – Đặng Quốc Phú (1979). Cơ sở kỷ thuật nhiệt. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Trần Ngọc Chấn (1998). Kỷ thuật thông gió. Nhà xuất bản xây dựng. Hoàng Kim Cơ (1999). Kỷ thuật lọc bụi và làm sạch khí thải. Nhà xuất bản Giáo Dục. PGS-TS Võ Chí Chính (2005). Giáo Trình Điều Hòa Không Khí. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. PGS-TS Bạch Đình Tiên (2004). Công Nghệ Thủy Tinh Xây Dựng. Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội. Encyclopedia of Env.Pollution and Clean up (v1) – WILEY Robert A.Meyers; Diane Kender Dittrick Encyclopedia of Env.Pollution and Clean up (v2) – WILEY Robert A.Meyers; Diane Kender Dittrick MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHÖÔNG I - KHÍ QUYEÅN & O NHIỄM KHOÂNG KHÍ 1.1. ÑAËC ÑIEÅM VAØ CAÁU TRUÙC CUÛA KHÍ QUYEÅN 2 1.2. THAØNH PHAÀN KHOÂNG KHÍ SAÏCH – KHO 3 1.3. O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 4 1.4. PHAÂN LOAÏI CAÙC CHAÁT O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 5 1.5. TIEÂU CHUAÅN CHAÁT LÖÔÏNG KHOÂNG KHÍ 5 1.6. LÒCH SÖÛ O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 7 1.7. NGUOÀN GOÁC GAÂY O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 8 CHÖÔNG 2 - AÛNH HÖÔÛNG CUÛA O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 2.1. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ ÑOÁI VÔÙI CON NGÖÔØI 12 2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ĐỐI VỚI ĐỘNG THỰC VẬT 16 2.3. ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI TÀI SẢN 17 2.4. PHÚ DƯỠNG NGUỒN NƯỚC VÀ ĐẤT 17 2.5. AÛNH HÖÔÛNG TOAØN CAÀU CUÛA O NHIEÃM KHOÂNG KHÍ 18 CHƯƠNG 3 - ĐO ĐẠC Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÍNH TOÁN LƯỢNG PHÁT THẢI 3.1. CAÙC KYÕ THUAÄT GIAÙM SAÙT 19 3.2. MỤC TIÊU CỦA ĐO ĐẠC 19 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 19 3.4. TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG KHÔNG KHÍ 20 CHƯƠNG 4 - SỰ PHÁT TÁN CHẤT THẢI VÀO KHÍ QUYỂN 4.1. SÖÏ BIEÁN ÑOÅI CUÛA CAÙC CHAÁT TRONG KHÍ QUYEÅN 21 4.2. PHAÙT TAÙN KHÍ THAÛI VAØO KHÍ QUYEÅN 21 4.3. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN SÖÏ PHAÙT TAÙN 22 4.4. PHÖÔNG TRÌNH PHAÙT TAÙN O NHIEÃM 27 CHƯƠNG 5 - KỸ THUẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ - ÂM THANH 5.1. TÍNH TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM TỪ CÁC NGUỒN 112 5.2. KỸ THUẬT THU GOM CHẤT GÂY Ô NHIỄM TẠI NGUỒN 123 5.2.1. TỦ HÚT 123 5.2.2. BUỒNG HÚT 123 5.2.3. CHỤP HUT KHÍ NÓNG 124 5.2.4. CHỤP HÚT HƠI ĐỘC TRÊN THÀNH BỂ 126 5.2.5. CHỤP HÚT BỤI 128 5.2.6. CHỤP HÚT KẾT HỢP RÈM KHÔNG KHÍ 130 CHƯƠNG 6 - TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ 6.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ 42 6.2. MIỆNG HÚT VÀ CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG KHÍ QUANH MIỆNG HÚT 44 6.3. ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ 45 6.4. TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG HỆ THỐNG HÚT 45 CHƯƠNG 7 - XỬ LÝ KHÍ THẢI 7.1. LỌC BỤI TRONG KHÍ THẢI 49 7.1.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA BỤI 49 7.1.2. CÁC LOẠI THIẾT BỊ THU BẮT BỤI THÔ VÀ VỪA 50 7.1.3. CÁC LOẠI THIẾT BỊ LỌC BỤI TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ 56 7.1.4. LỌC BỤI THÔ VÀ VỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT 61 7.1.5. LỌC TINH BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT 63 7.1.6. CHỌN THIẾT BỊ LỌC BỤI 63 7.2. KHÍ ĐỘC TRONG KHÍ THẢI 64 7.2.1. QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ GÂY Ô NHIỄM 64 7.2.2. QUY TRÌNH HẤP PHỤ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 72 7.2.3. XỬ LÝ KHÍ Ô NHIỄM BẰNG THIÊU ĐỐT 74 7.2.4. PHÁT TÁN KHÍ Ô NHIỄM 77 CHƯƠNG 8 - KIỂM SOÁT Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 8.1. ĐO TIẾNG ỒN VÀ GIỚI HẠN CHO PHÉP 86 8.2. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 87 CHƯƠNG 9- QUẠT GIÓ 9.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 93 9.2. BIỂU ĐÒ ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT LY TÂM 96 9.3. LÀM VIỆC CỦA QUẠT TRONG MẠNG 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 MỤC LỤC 121