Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ áp dụng trong ngành công nghiệp nào?

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ được đánh giá mang đến hiệu quả cao, giúp loại bỏ tối đa các chất khí độc hại như SO2, NOx, HCl, NH3, H2S, Cl2,…  và bụi. Do đó, chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Trong một số trường hợp, với sự phức tạp của thành phần trong dòng khí thải; tháp hấp thụ có thể được kết hợp sử dụng cùng công nghệ xử lý khí thải khác. Trong bài viết này, Nion Việt Nam đề cập đến nguyên lý hoạt động, hiệu quả làm việc cũng như ứng dụng thực tế của phương pháp xử lý khí thải này.

Tháp hấp thụ là gì?

Tháp hấp thụ được thiết kế để làm sạch không khí bằng cách thu giữ chúng thông qua chất hấp thụ. Nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ tương đối đơn giản: dòng khí ô nhiễm được dẫn truyền đi qua chất hấp thụ, và thông qua tương tác với bề mặt của nó, các phân tử chất gây ô nhiễm được giữ lại bằng cách hấp thụ vật lý (ví dụ: axeton trong nước) hoặc bằng liên kết hóa học (ví dụ: amoniac liên kết với axit sulfuric).

Dòng khí thải có thể chuyển động cùng chiều, vuông góc hoặc ngược chiều tùy theo yêu cầu thực tế.

• Với tháp hấp thụ khí thải có dòng khí ngược chiều: Dòng khí được dẫn từ dưới đi lên trên trong khi đó, dung dịch hấp thụ được phun từ trên xuống. Điều này giúp sự tiếp xúc giữa khí và chất lỏng được diễn ra liên tục, tăng hiệu quả xử lý khí thải.
• Với tháp hấp thụ có khí thải cùng chiều với dòng khí: Cả khí thải và chất lỏng hấp thụ đều chuyển động lên hoặc xuống cùng nhau. Trong trường hợp này, việc vận hành của thiết bị trở nên đơn giản hơn, tình trạng tổn thấp áp suất cũng diễn ra ở mức độ thấp. Chúng thường phù hợp với các trường hợp yêu cầu xử lý khí thải nhanh chóng.
• Tiếp xúc vuông góc: Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ với dòng khí thải và dung dịch hấp thụ được bố trí chuyển động theo 2 phương vuông góc với nhau. Thiết kế này làm tăng diện tích tiếp xúc đồng thời cũng giúp tận dụng tối đa không gian chiều ngang của dòng tháp, mang đến hiệu quả xử lý khí thải cao hơn, chúng thường được ưu tiên sử dụng trong điều kiện yêu cầu hiệu suất hấp thụ cao.

Các thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

1. Venturi

Venturi là một thiết bị xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ. Cấu tạo của chúng bao gồm vòi phun hội tụ, cổ hẹp và hình nón mở rộng. Khí được tăng tốc đến vận tốc 120–150 m/s do sự thu hẹp ở cổ. Ở vận tốc này, các hạt không khí va chạm với các giọt chất lỏng, bị giữ lại do quán tính và kết tụ. Sau đó, vận tốc giảm trong bộ khuếch tán, và các giọt lớn chứa chất gây ô nhiễm lắng xuống đáy cấu trúc.

2. Tháp hấp thụ dạng lớp đệm

Tháp hấp thụ dạng lớp đệm được thiết kế một lớp đệm được làm từ các vòng, cuộn lưới hoặc khối được xếp ngẫu nhiên hoặc có trật tự. Chất lỏng rơi xuống lớp đệm từ các vòi phun phía trên, chảy xuống bề mặt dưới dạng một lớp màng mỏng. Không khí đi qua các khe hở giữa các phần tử của lớp đệm tháp hấp thụ, và quá trình truyền khối xảy ra do tương tác với lớp màng, giữ lại các chất gây ô nhiễm. Chất hấp thụ đã qua sử dụng được thu gom ở đáy cột.

3. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ với tháp phun sương

Ở tháp hấp thụ dạng phun sương, một buồng có các vòi phun ở các độ cao khác nhau được bố trí, chúng cung cấp chất lỏng dưới áp suất cao, tạo thành các giọt nhỏ có kích thước 100–500 µm. Không khí được bơm vào tháp từ dưới lên hoặc theo chiều ngang và tương tác với đám mây các giọt chất lỏng mịn. Các giọt này sẽ lắng xuống đáy cột nhờ trọng lực.

4. Tháp tạo bọt

Tháp hấp thụ xử lý khí thải dạng bọt là thiết bị có cấu trúc gồm một hoặc nhiều khay đục lỗ, trên đó chất lỏng được cung cấp. Không khí cần được làm sạch sẽ đi qua các lỗ trên khay, tạo thành một lớp bọt tương tác với chất gây ô nhiễm. Sau đó, bọt sẽ chảy từ khay, cùng với bụi và khí hòa tan được giữ lại, xuống đáy cột.

So sánh hiệu quả xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ với các mẫu tháp khác nhau cần được thực hiện dựa trên đặc điểm cũng như thành phần của dòng khí thải. Có thể đưa ra sự so sánh dựa theo bảng dưới đây:

Chất gây ô nhiễm	Venturi	Tháp hấp thụ dạng lớp đệm	Tháp phun sương	Tháp hấp thụ tạo bọt
Các hạt có kích thước nhỏ hơn 1 µm	+	–	–	Hiệu suất trung bình
Hạt có kích thước 1-10 µm	+	–	–	+
Hạt có kích thước trên 10 µm	–	–	+	+
Hạt bồ hóng, khói, sol khí, sương mù	+	–	–	Hiệu suất trung bình
Bụi dính, hạt nhựa và dạng sợi	+	–	+	–
Khí dễ hòa tan	–	+	–	+
Khí khó tan	–	–	–	–
Hơi dung môi hữu cơ	–	+	–	Hiệu suất trung bình
Khí nóng	–	–	+	–
Hỗn hợp bụi-khí	+ (nếu là bụi mịn)	–	–	+

Các loại chất hấp thụ thường dùng

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ sử dụng chất hấp thụ vật lý và hóa học. Chất hấp thụ vật lý hòa tan chất gây ô nhiễm, trong khi chất hấp thụ hóa học phản ứng với chất đó. Việc lựa chọn phụ thuộc vào loại chất gây ô nhiễm.

Dung dịch kiềm của natri hydroxit, magie hydroxit, natri cacbonat, v.v. được sử dụng để trung hòa khí axit. Chúng quyết định điều gì xảy ra với brom trong tháp hấp thụ: Br₂ được liên kết dưới dạng dung dịch bromua-bromat. Axit như axit clohydric, axit nitric và axit sulfuric được sử dụng để thu giữ amoniac.

Tháp hấp thụ khí có thể sử dụng hiđrocacbon lỏng để chống lại hơi hữu cơ và chất oxy hóa (ozon và kali permanganat) để trung hòa oxit nitơ. Ứng dụng propylene trong tháp hấp thụ thường liên quan đến các dung môi hữu cơ chuyên dụng như metanol. Nước thường được sử dụng để thu giữ bụi.

Ngoài khả năng tương thích hóa học với chất gây ô nhiễm, khi lựa chọn chất hấp thụ, điều quan trọng là phải xem xét khả năng thấm ướt của nó trên vật liệu hấp thụ (nó không được bay hơi hoặc quá nhớt), cũng như nhu cầu tái tạo hoặc xử lý dung dịch đã qua sử dụng sau đó.

Sơ đồ quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Sơ đồ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ được thực hiện trên 5 bước:

• Bước 1: Khí thải sinh ra được quạt hút thu gom và đưa vào hệ thống ống dẫn khí
• Bước 2: Dòng khí thải đi tới tháp hấp thụ và di chuyển theo hướng từ dưới lên.
• Bước 3: Bên trong tháp hấp thụ, dung dịch hấp thụ được bơm tuần hoàn từ đáy lên đỉnh tháp. Với thiết kế đặc biệt, chúng được phát tán ở dạng tia hoặc giỏ nhỏ, tiếp xúc trực tiếp với thành phần có trong dòng khí thải.
• Bước 4: Khi khí thải và dung dịch hấp thụ tiếp xúc với nhau, quá trình hấp thụ diễn ra, chất ô nhiễm được hòa tan hoặc toàn hoặc bị hấp thụ hoặc tạo ra các phản ứng. Khí sau khi được xử lý đi ra bên ngoài thông qua ống khói hoặc đi tới giai đoạn xử lý tiếp theo.
• Bước 5: Dung dịch sinh ra sau quá trình phản ứng được thu gom và bơm tuần hoàn trở lại hệ thống phun. Sau một thời gian, chúng cần được thay thế để đảm bảo hiệu quả vận hành.

Để vận hành được quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ như trên, hệ thống cần đến các thiết bị cảm biến và đo lường nhằm kiểm soát nghiêm ngặt các thông số vận hành như nồng độ pH, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí, mức dung dịch đang có trong tháp.

Có thể ứng dụng tháp hấp phụ trong các ngành công nghiệp nào?

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, như hóa chất, hóa dầu, dược phẩm, chế biến thực phẩm thực phẩm và sản xuất đồ uống.

Một số ứng dụng cụ thể của xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ bao gồm:

Công nghiệp hóa chất

Trong ngành công nghiệp hóa chất, tháp hấp thụ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như tinh chế khí, tổng hợp hóa học và tách sản phẩm; chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tách/ loại bỏ chất hóa học độc hại có trong dòng khí thải.

Công nghiệp hóa dầu

Trong ngành công nghiệp hóa dầu, tháp hấp thụ được sử dụng để xử lý và tinh chế khí. Ví dụ, trong quá trình lọc dầu thô, tháp hấp thụ được sử dụng để loại bỏ hydro sunfua và carbon dioxide khỏi khí tự nhiên và khí nhà máy lọc dầu. Trong sản xuất khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), tháp hấp thụ được sử dụng để tách propan và butan khỏi các hydrocacbon khác. Trong quy trình xử lý khí thải, tháp hấp thụ cũng được ứng dụng.

Ngành công nghiệp dược phẩm

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ đóng vai trò quan trọng trong ngành dược phẩm bởi sự đa dạng về thành phần cũng như mức độ nguy hại của các chất với môi trường và con người. Bên cạnh đó, tháp hấp phụ còn được sử dụng như một thiết bị sản xuất, chúng giúp tinh chế khí và sản xuất dược phẩm. Ví dụ, trong sản xuất kháng sinh, tháp hấp phụ được sử dụng để loại bỏ tạp chất khỏi dịch lên men trước khi chiết xuất kháng sinh. Trong sản xuất thuốc hít, tháp hấp phụ được sử dụng để hòa tan các hoạt chất trong dung môi thích hợp.

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống

Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ cũng được ứng dụng. Bên cạnh đó, tháp hấp thụ còn được sử dụng để loại bỏ khí và mùi vị không mong muốn khỏi các sản phẩm thực phẩm và đồ uống.

Ngành công nghiệp môi trường

Trong ngành công nghiệp môi trường, xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ được đặc biệt quan tâm, giúp kiểm soát ô nhiễm không khí và xử lý nước thải. Trong xử lý khí thải từ các nhà máy điện, tháp hấp thụ được sử dụng để loại bỏ sulfur dioxide và oxit nitơ khỏi khí thải trước khi chúng được thải ra khí quyển. Trong xử lý nước thải công nghiệp, tháp hấp thụ được sử dụng để loại bỏ các khí hòa tan và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khỏi nước.

Lợi ích của việc sử dụng tháp hấp thụ trong xử lý khí thải

Việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ mang lại một số lợi ích trong các quy trình công nghiệp, bao gồm:

• Hiệu quả cao: Tháp hấp thụ được thiết kế để cung cấp diện tích bề mặt lớn cho pha khí và pha lỏng tiếp xúc với nhau, cho phép truyền khối lượng hiệu quả giữa hai pha. Điều này dẫn đến hiệu suất hấp thụ cao và loại bỏ hiệu quả các thành phần mục tiêu khỏi pha khí.
• Tính linh hoạt: Tháp hấp thụ có thể được sử dụng để xử lý nhiều loại khí và chất lỏng khác nhau, và chúng có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của các quy trình công nghiệp khác nhau.
• Tiết kiệm chi phí: So với các công nghệ tách và tinh chế khác, xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ tương đối đơn giản và tiết kiệm chi phí vận hành. Chúng yêu cầu bảo trì tối thiểu và có thể dễ dàng tích hợp vào các quy trình công nghiệp hiện có giúp tiết kiệm chi phí cho nhiều ngành công nghiệp.
• Thân thiện với môi trường: Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ giúp giảm ô nhiễm không khí và bảo vệ môi trường bằng cách loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ khí thải công nghiệp trước khi chúng được thải ra khí quyển. Chúng cũng giúp bảo tồn nguồn nước bằng cách xử lý nước thải và làm cho nước thải phù hợp để tái sử dụng.

Tại Việt Nam, tháp hấp thụ được cung cấp bởi nhiều doanh nghiệp khác nhau và Nion là nhà cung cấp hàng đầu, chúng tôi cung cấp nhiều sản phẩm và giải pháp chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng. Quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ của Nion được vận hành chuyên nghiệp, thiết bị được tư vấn lựa chọn được đảm bảo hiệu suất tối ưu, độ tin cậy và độ bền.

Quý khách hàng có nhu cầu tìm hiểu về tháp hấp thụ cũng như các thiết bị xử lý khí thải khác có thể liên hệ với Nion Việt Nam qua hotline 0982.593.115 hoặc wesite.