Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ hỗ trợ kiểm soát ô nhiễm không khí

Nhiều chất gây ô nhiễm tồn tại ở dạng khí và cần công nghệ chuyên biệt để loại bỏ hiệu quả khỏi dòng khí thải, giảm thiểu tối đa sự phát tán ra môi trường. Các chất gây ô nhiễm công nghiệp dạng khí có thể bao gồm: Khí axit (axit clohydric, axit sulfuric, hydro sunfua,…), các khí vô cơ (oxit lưu huỳnh, oxit nitơ, amoniac, v.v.), khí hữu cơ (Ethylene, Benzene, Ethanol và nhiều hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác VOCs hoặc chất gây ô nhiễm không khí nguy hại HAPs)

Hiện nay có nhiều công nghệ có thể giúp kiểm soát (loại bỏ) các chất ô nhiễm dạng khí trong đó xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ được rất nhiều doanh nghiệp tìm kiếm và lựa chọn. Các chất hấp phụ phổ biến nhất được sử dụng trong công nghiệp là than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính (oxit nhôm) và zeolit. Bài viết này sẽ cung cấp các thông tin chi tiết liên quan đến nguyên lý hoạt động, tính ứng dụng và đánh giá tổng quan về quá trình hấp phụ như một công nghệ kiểm soát ô nhiễm không khí đối với các chất ô nhiễm hữu cơ.

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là gì?

Hấp phụ là một quá trình truyền khối trong đó chất rắn xốp tiếp xúc với dòng chất lỏng hoặc khí để loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Lắng đọng (hấp phụ) là nguyên lý hoạt động của xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ. Trong đó, các chất gây ô nhiễm bị loại bỏ được gọi là chất bị hấp phụ, và chất rắn thực hiện quá trình hấp phụ được gọi là chất hấp thụ.

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. Nhìn chung, một số hợp chất hữu cơ và vô cơ có khối lượng phân tử lớn hơn 45 có khả năng mang đến hiệu quả hấp phụ tốt.

Tháp hấp phụ thường được sử dụng trong các ứng dụng cần thu hồi chất hấp phụ hoặc khi nồng độ chất hấp phụ rất thấp và các phương pháp xử lý khí thải khác không thể áp dụng hoặc có mức chi phí đầu tư cao hơn. Một số hoạt động công nghiệp phổ biến mà trong đó khí thải hữu cơ và mùi có thể được kiểm soát hiệu quả với thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ bao gồm: ngành giặt khô, tẩy dầu mỡ, phủ bề mặt, chế biến cao su, in ấn và nhiều hoạt động khác. Hấp phụ cũng có thể được sử dụng để làm sạch luồng không khí đầu vào hoặc tuần hoàn và trong quá trình phân tách một số loại khí nhất định.

Nguyên lý hoạt động của tháp hấp phụ

Quá trình hấp phụ được diễn ra dựa trên 2 cơ chế chính bao gồm quá trình vật lý hoặc hóa học:

• Hấp phụ vật lý: Quá trình hấp phụ diễn ra khi các phân tử chất bị hấp phụ (chất gây ô nhiễm) bám vào vật liệu hấp phụ bằng lực liên kết vật lý được gọi là “lực van der Waals“.
• Hấp phụ hóa học: Một liên kết hóa học được hình thành giữa chất bị hấp phụ và chất hấp thụ. Liên kết này được gọi là “hấp phụ hóa học”. Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao khi cần năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa học. Về cơ bản, hấp phụ hóa học giống với quá trình oxy hóa xúc tác.

Các chất hấp phụ phổ biến trong xử lý khí thải

Các chất hấp phụ phổ biến được ứng dụng trong quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ bao gồm: than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính (oxit nhôm) và zeolit. Việc lựa chọn chất hấp phụ cần đặc biệt quan tâm đến các yếu tố như kích thước và phân bố lỗ rỗng, kích thước hạt, bản chất hóa học, diện tích bề mặt và độ phân cực bề mặt của vật liệu hấp phụ.

Độ phân cực quyết định phần lớn hiệu quả vận hành của thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ. Than hoạt tính là chất hấp phụ không phân cực phổ biến nhất. Các chất hấp phụ phân cực có khả năng hấp phụ độ ẩm rất cao. Vì hầu hết các dòng khí thải công nghiệp đều chứa độ ẩm, nên việc sử dụng các chất hấp phụ phân cực bị hạn chế đáng kể đối với các hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí.

Phương pháp hiệu quả nhất để thúc đẩy quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là sử dụng một lớp vật liệu hấp phụ dạng cột- tạo thành đường đi cho luồng không khí ô nhiễm. Khi dòng khí ô nhiễm đi qua lớp vật liệu, quá trình hấp phụ các chất gây ô nhiễm diễn ra, và không khí đã được làm sạch sẽ thoát ra khỏi lớp vật liệu.

Chất hấp phụ có khả năng giữ lại chất gây ô nhiễm không khí ở mức độ nhất định. Khả năng hấp phụ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố và được gọi là đường cong hấp phụ. Có thể hình dung vấn đề này tương tự như khả năng giữ nước của một miếng bọt biển. Trong đó, nước là chất bị hấp phụ và miếng bọt biển là chất hấp phụ. Miếng bọt biển có nhiều lỗ rỗng để hấp phụ nước. Khi các lỗ rỗng này được lấp đầy hoàn toàn, miếng bọt biển không thể hấp thụ thêm nước nữa. Điều này được gọi là hiện tượng bão hòa, khi chất hấp phụ bị bão hòa hoàn toàn với chất bị hấp phụ và việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ không còn mang lại hiệu quả. Do đó, vật liệu hấp phụ cần được thay thế.

Phân loại thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ

Dựa trên vị trí lắp đặt của các vật liệu hấp phụ là cố định hay di động, có thể phân loại thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ thành 2 loại sau:

1. Thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ có lớp vật liệu hấp phụ cố định

Thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ với lớp vật liệu hấp phụ được giữ cố định là những thiết bị đơn giản giúp tối đa hóa diện tích bề mặt để thúc đẩy việc sử dụng chất hấp phụ một cách đầy đủ và đồng đều. Trong sơ đồ mô tả dòng chảy của tháp hấp phụ có vật liệu hấp phụ cố định, dòng khí ô nhiễm đi vào tháp từ hướng bên cạnh. Vật liệu hấp phụ được chứa trong lớp đóng gói cho phép diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn. Không khí bị ô nhiễm đi vào lớp than hoạt tính và di chuyển về phía trung tâm, nơi có bộ phân phối khí thải sau đó được đưa ra bên ngoài sau khi đã loại bỏ tối đa các chất gây ô nhiễm.

Khi chất hấp phụ bão hòa hoàn toàn (hiện tượng bão hòa), thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ cần thay thế lớp vật liệu hấp phụ mới. Chất hấp phụ đã qua sử dụng sẽ được làm sạch bằng nhiệt tại các đơn vị có chuyên môn.

Trên thực tế, trên thị trường hiện nay có dòng sản phẩm xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ có khả năng cung cấp chất hấp phụ tại chỗ mà không cần phải thay thế theo cách thủ công truyền thống. Điều này được thực hiện bằng hơi nước quá nhiệt hoặc bão hòa. Trong các hệ thống này, chất hấp phụ có thể được ngưng tụ, thu gom và tái sử dụng.

2. Thiết bị hấp phụ dạng rotor quay

Phân loại thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ có một loại khác, đặc điểm của chúng là lớp vật liệu hấp phụ không được cố định hoạt toàn, chúng được gọi là thiết bị hấp phụ dạng rotor quay.

Trong hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ này, một loại zeolit ​​kỵ nước được thiết kế trong một rôto nguyên khối; khi dòng khí thải được dẫn truyền vào bên trong,  luồng không khí bị ô nhiễm chảy qua phần lớn diện tích rôto. Một bộ oxy hóa nhiệt tích hợp được sử dụng để giải hấp các dung môi từ zeolit ​​và tiêu hủy chúng hoàn toàn. Thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ dạng rotor quay ​​được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kiểm soát ô nhiễm không khí công nghiệp với khối lượng rất lớn và nồng độ thấp.

Những điều cần lưu ý khi vận hành tháp hấp phụ trong xử lý khí thải

Việc sử dụng hệ thống hấp phụ như một thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí hoặc giảm thiểu VOC đã và đang được thực hiện ở nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước. Các hệ thống này đặc biệt phổ biến đối với các dòng khí có mùi đặc biệt là mùi được gây ra bởi các vật liệu hữu cơ. Bên cạnh đó, tháp hấp phụ có thể cung cấp giải pháp giảm thiểu ô nhiễm hiệu quả với mức chi phí thấp

Cần lưu ý rằng, nồng độ chất hữu cơ lớn hơn vài phần triệu (ppm) có thể làm bão hòa hoàn toàn chất hấp phụ và do đó, cần có quá trình giám sát, kịp thời thay thế lớp vật liệu hấp phụ.

Các thiết bị hấp phụ rất nhạy cảm với các hạt rắn (dưới dạng sương mù hoặc chất rắn) và có thể gây tắc nghẽn. Do đó, có thể áp dụng giai đoạn loại bỏ sương mù và chất rắn trước khi tiến hành làm sạch phí thải với tháp hấp phụ. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ và đảm bảo điều kiện vận hành an toàn.

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) có áp suất hơi thấp thường ngưng tụ rất dễ dàng. Nước ngưng tụ có thể bám dính và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất. Trong điều kiện độ ẩm cao, hiệu suất làm việc của tháp hấp phụ có thể giảm. Do đó, kỹ thuật viên cần có sự giám sát nghiêm ngặt về độ ẩm khi thiết bị vận hành.

Một quy tắc chung là nhiệt độ dưới 100 °F (khoảng 38°C) được đánh giá là phù hợp đối với hầu hết các chất hấp phụ. Tuy nhiên, một số dạng chất hấp phụ có thể gây ra mối lo ngại về an toàn do bụi dễ cháy hoặc phản ứng với các hợp chất hữu cơ chứa oxy, có thể tạo ra hiện tượng tỏa nhiệt. Vì lý do đó, khi lựa chọn lớp vật liệu hấp phụ, doanh nghiệp cần có sự tính toán, cân nhắc kỹ lưỡng.

Như vậy, xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là thiết bị mang đến hiệu quả cao, hỗ trợ tối đa quá trình làm sạch khí thải, cải thiện tốt hơn cho chất lượng không khí xung quanh nhà xưởng. Trong những điều kiện nhất định liên quan đến đặc điểm của dòng khí và nhu cầu của doanh nghiệp, các nhà cung cấp thiết bị có thể đề xuất kết hợp sử dụng với máy lọc tĩnh điện nhằm tăng hiệu quả làm việc. Tại Nion Việt Nam, chúng tôi luôn có sự cân nhắc, đảm bảo mang đến giải pháp xử lý khí thải hiệu quả nhưng tối ưu về chi phí cho khách hàng.

Với nhiều năm hoạt động trong lĩnh vực xử lý khí thải, Nion tự tin cung cấp thiết bị phù hợp nhất. Để được tư vấn cụ thể hơn về tháp hấp phụ cũng như các công nghệ xử lý khí thải công nghiệp khác, quý khách hàng có thể liên hệ với Nion qua hotline 0982.593.115.

Xem thêm: Sự khác biệt giữa tháp hấp phụ và tháp hấp thụ trong xử lý khí thải