Tải bản đầy đủ

THỰC TẬP MÔ HÌNH XỬ LÝ BỤIKHÍ CHỨA HƠI ACID

Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

BÀI 1: THỰC TẬP MÔ HÌNH XỬ LÝ
BỤI-KHÍ CHỨA HƠI ACID

1


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
1. MÔ HÌNH XỬ LÝ BỤI
1.1.

Giới thiệu

Trong công nghiệp thường dùng các biện pháp xử lý khí như khô, bán khô, ướt, bán
ướt. Tất cả những phương phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc loại bỏ bụi bằng
cách lọc (cylone, lọc tay áo hay tĩnh điện) hoặc rửa (phun sương hoặc cột nhồi). Mô hình
xử lý khói bụi mô phỏng quá trình xử lý khói bụi thường sử dụng trong công nghiệp,
thích hợp cho các nhà máy đốt rác. Khí thải xử lý có thể bao gồm bụi, khí SO 2, HCl, bụi
kim loại…Cyclone là loại thiết bị kiểm soát bụi thông dụng đặc biệt khi muốn thu hồi lại
bụi. Cyclone không đạt hiệu suất cao trong việc thu hồi bụi nhỏ bởi khối lượng thấp.

Cyclone đơn giản là sử dụng lực ly tâm để tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí, thường làm
bằng các vật liệu thông dụng như kim loại, chi phí thấp, ít đòi hỏi không gian và không
có các thiết bị chuyển động. Tất nhiên là chúng ta cần các thiết bị để tạo ra sự chuyển
động của dòng khí như quạt thổi, quạt hút. Cyclone có thể xử lý các bụi nặng, hoạt động
trong diều kiện dòng khí có nhiệt độ. Đôi khi các cyclone được lót bằng các vật liệu để
chống trầy và bảo vệ cyclone khỏi nhiệt độ cao.
Hiệu suất thu hồi bụi
Các hạt bụi chuyển động với một tốc độ ổn định theo chuyển động tròn, các vector
vận tốc thay đổi liên lục hướng. Sự thay đổi hướng làm thay đổi gia tốc dẫn dến thay đổi
độ lớn của vận tốc. Khi dòng khí đi vào theo phương tiếp tuyến với cyclone, khối khí bị
xoắn vòng trong cyclone. Khi đó các hạt bụi bị văng vào thành cyclone và sau đó khi các
hạt bụi đi vào lớp biên đọng-tại đây không khí hầu như không chuyển động, các hạt bụi
sẽ rớt xuống và trượt xuống thành cyclone mặc dù một vài trong số chúng sẽ nảy ra khỏi
thành cyclone và quay trở lại dòng khí. Khi dòng khi mất năng lượng đi vào trong dòng
lốc xoáy nó sẽ quay theo dòng xoáy và thoát ngoài qua đỉnh cyclone. Ống thoát đặt trên
đầu của cyclone không có tác dụng tạo ra dòng khí xoáy, cyclone có thể hoạt động khi
không có ống thoát đặt trong thân nhưng hiệu suất của cyclone sẽ giảm.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của cyclone có thể dự đoán được như: tăng
vận tốc đầu vào làm tăng lực ly tâm hay giảm đường kính của cyclone cũng làm tăng lực
ly tâm tuy nhiên đều làm giảm áp suất. Sự gia tăng tốc độ dòng khí đi qua cũng cyclne
cũng ảnh hưởng tới hiệu suất theo phương trình dưới đây:

2


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Pt = (1-η) tỉ lệ thất thoát
η(eta) : hiệu suất loại bụi
Q: lưu lượng thể tích khí
Giảm độ nhớt của dòng khí cũng làm tăng hiệu suất bởi bị lực kháng giảm. Lực ly tâm
hướng hạt di chuyển vào vách cyclone trong khi lực kháng thì ngược với lực ly tâm. Vận
tốc tối đa của hạt bụi đạt được khi hướng vào thành cyclone là kết quả của việc cân bằng
lực ly tâm và lực kháng. Khi tăng lượng khí đi vào sẽ ảnh hưởng tới hiệu suất như sau:

Trong đó µ là độ nhớt của dòng khí. Chú ý rằng khi giảm nhiệt độ của dòng khí sẽ làm
tăng tỷ trọng. Điều này làm giảm lực kháng nhưng hiệu suất tăng không đáng kể.
Cuối cùng, tải lượng bụi nạp vào cũng ảnh hưởng tới hiệu suất. Tải lượng bụi cao tạo ra
sự va chạm giữa các hạt bụi khi nãy ra từ thành cyclone dẫn tới loại bỏ bụi nhiều hơn.

L : tải lượng bụi nạp vào



Có nhiều phương pháp tính hiệu suất, hiệu suất thu hồi theo giả thuyết.
Cân bằng lực giữa lực ly tâm và lực kháng quyết định vận tốc của hạt bụi hướng vào
thành cyclone. Thời gian lưu khí trong cyclone là thời gian các hạt bụi di chuyển vào

3


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
thành cyclone được xác định bằng số lần/vòng hiệu quả tức là số vòng khí bên trong
cyclone trước khi đi vào vòng xoáy lên để thoát ra ngoài. Thực nghiệm cho thấy:

Trong đó
Ne: số vòng hiệu quả
H: chiều cao đường khí vào
Lb: chiều dài thân cyclone
Lc: chiều dài phần phễu bên dưới
Hiệu suất lý thuyết của cyclone được tính bằng cách cân bằng vận tốc tối đa với thời
gian lưu tính bằng quảng đường đi chuyển trong cyclone theo công thức sau:

Trong đó
dpx: đường kính hạt bụi với x% hiệu suất loại bỏ
µ: độ nhớt
W: bề rộng đầu vào
Ne: số vòng hiệu quả
ρp: tỉ trọng hạt bụi
ρp: tỉ trọng khí
Các thông số kích thước của cyclone

Chiều cao đầu vào
Chiều rộng đầu vào
Đường kính đầu thoát khí
Chiều dài thân trụ
Chiều dài ống phễu
Chiều dài phần ống thoát trong cyclone
Đường kính ống thoát bụi

H/D
W/D
De/D
Lb/D
Lc/D
S/D
Dd/D

4

Hiệu suất
cao
0.44
0.21
0.4
1.4
2.5
0.5
0.4

Tiêu
chuẩn
0.5
0.25
0.5
1.75
2.0
0.6
0.4

Dung tích
lớn
0.8
0.35
0.75
1.7
2.0
0.85
0.4


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Tuy nhiên dữ liệu thực tế không khớp với tính toán lý thuyết vì vậy người ta dùng
dp50 – đường kính của hạt thu được với hiệu suất 50%. Hiệu suất của các hạt có đường
kính khác được tính theo Lapple như sau:

B có giá trị 2-6.

Hiệu suất cyclone thí nghiệm:
Chúng ta xác định hiệu suất của cyclone bằng thực nghiệm đơn giản.
Hiệu suất của cyclone được xác định bằng:

Để xác định hiệu suất cần xác định khối lượng đầu vào và ra của quá trình xử lý. Hai
phương pháp để xác định là:
• Thứ nhất: thu hồi lại lượng bị giử lại bởi cyclone và cân. Phương pháp này
khó xác định đối với hạt bụi kích thước nhỏ (bụi mịn) hoặc không thể thực hiện nếu
bụi có tính bám dính.
5


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt


Thứ hai: cân tấm lọc trước và sau thí nghiệm trong cùng điều kiện.

Hiệu suất xử lý của mô hình cyclone sẽ giảm theo kích thước hạt, đạt hiệu suất tốt
với hạt bụi có kích thước lớn hơn 100 µm.
Công thức Rosin

Với

ρa : tỉ trọng không khí
ρp : tỉ trọng hạt bụi
D: đường kính cyclone
π: độ nhớt động lực của không khí
V: vận tốc không khí trong ống dẫn

Ví dụ:
Kích thước bụi đưa vào
Airflow:
Khối lượng bụi đưa vào:
Thời gian bắt dầu thí nghiệm:
Thời gian kết thúc:
Tốc độ xoay của ống nạp bụi:
Khối lượng filter 1 trước thí nghiệm:
Khối lượng filter 2 trước thí nghiệm:
Khối lượng filter 1 sau thí nghiệm:
Khối lượng filter 2 sau thí nghiệm:
Khối lượng bụi thu được tại cyclone:
Hcyclone =

Hfilter =

40-100 µm
30 mm of liquid
~ 60 g
11h 27
11h 40
6
800. 4 g
1293.3 g
805. 4 g
1293.9 g
53.7 g
= 90.5 %

= 89.3%

Tỉ trọng dòng khí phụ thuộc vào nhiệt độ của thiết bị, áp suất. Công thức sau đây
được nhà sản xuất lưu lương kế annubar đưa ra để tính lưu lượng.

6


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

hw =

]2

Với:






W: tỉ trọng dòng khí (kg/h)
hw: chênh lệch áp suất (mmH2O)
ρf: tỉ trọng lưu chất trong thiết bị ở điều kiện vận hành (bằng 1.2 kg/m3)
K: hệ số do nhà sản xuất cung cấp (0.603 cho annubar có D = 40 mm)
D: đường kính ống dẫn ( 40 mm)

Ví dụ:
Manometer tăng 10 mm, tỉ trọng chất lỏng trong ống là 0.87 vậy hw trung bình = 8.7
mm
Tính được lưu lượng khí 39.00 kg/h tương ứng bằng 39.00/1.2 = 32.5 m 3/h quy về
điều kiện thường 250C bằng 29.77 Nm3/h.
1.2.
-

1.3.

Thiết bị và dụng cụ
Mẫu bụi
Cân điện tử
Filter
Sinh viên thực hành chuẩn bị các mục sau:
Mẫu bụi (500 g - 1kg bụi không sử dụng các loại bụi có tính ăn mòn, độc. Bụi
đồng nhất không lẫn các tạp chất. Có thể sử dụng các loại bột mì, tro, mùn cưa...)
Thực hành:

Sinh viên vận hành mô hình để tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mô hình, cách
thức vận hành, các thông số hiển thị của mô hình thí nghiệm.
Chuẩn bị:
-

Đảm bảo các công tắc ở vị trí OFF
Đảm bảo các bể chứa không có bụi bẩn và vật lạ. Làm sạch nếu bẩn, kiểm tra
đường ống thoát nước của các bể chứa.
Vệ sinh bơm chìm.
Đổ đầy bể chứa và đặt bơm chìm vào.

7


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Vận hành mô hình:Yêu cầu: Nắm được cách thức vận hành, nguyên lý hoạt động
của các hợp phần, các thông số mô hình.
Tiến hành:
-

Cân lượng bụi đã chuẩn bị cho vào ống nạp bụi. Đóng nắp ống nạp bụi.
Bật công tắc bảng điều khiển.
Bật công tắc quạt thổi khí
Điều chỉnh các van để điều chỉnh thông số mô hình và ghi nhận lại các thông số.
Bật công tắc điều chỉnh tốc độ nạp bụi

Sinh viên thay đổi các thông số: vận tốc dòng khí vào, tốc độ nạp bụi và nghi nhận sự
thay đổi các thông số trên áp kế của mô hình cũng như hiệu suất.
Viết báo cáo kết quả, có giải thích các hiện tượng, kết quả thu được trong quá trình thí
nghiệm.

8


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
PHẦN 2: XỬ LÝ KHÍ ACID
1. GIỚI THIỆU:
Thực trạng ô nhiễm môi trường khí hiện nay đang dần trở nên nghiêm trọng. Khí thải
của các nhà máy sản xuất chứa nhiều bụi và các chất độc hại như dung môi hữu cơ, hơi
axit, bazo . . . những chất này khi phát tán ra môi trường có sẽ ảnh hưởng lớn đến sức
khỏe con người, động vật và có thể gây suy thoái môi trường. Chính vì vậy việc xử lý các
khí này trước khi chúng phát tán vào môi trường là điều cần thiết.
Một trong những khí thải thường gặp trong quá trình sản xuất là khí NO 2, đây là sản
phẩm phát sinh chủ yếu trong quá trình điều chế hóa chất. Bài thực tập hôm nay sẽ giới
thiệu về quy trình thực tế dùng để xử lý bụi và khí NO2.
2. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ:
2.1 Mô hình thí nghiệm: (Xem hình 1 và 2)
Nguyên lý hoạt động của mô hình: Không khí sẽ được moto thổi vào hệ thống với
tốc độ nhất định, khí này sẽ được thêm những thành phần gồm khí chứa hơi NO 2 đưa vào
từ vị trí trên mô hình (hình 1). Khí chứa bụi và hơi axit sẽ được dẫn qua cyclone ly tâm,
tại đây phần lớn bụi sẽ được giữ lại, sau đó khí được dẫn qua một buồng tiếp theo để lọc
phần bụi mịn còn sót lại khi sau khi qua cyclone. Khí sau khi qua buồng khử bụi này
thành phần bẩn chủ yếu còn lại là NO2, khí sẽ được dẫn qua tháp hấp thụ theo hướng từ
dưới lên. Trong tháp hấp thụ nước sẽ được tưới liên tục lên vật liệu đệm bằng thủy tinh.
NO2 sẽ được hấp thụ vào dung dịch nước này sau đó được trung hòa bằng dung dịch
kiềm.
2.2 Hóa chất:
• N-(1-naphthyl) ethylene diamin dihydrochloride (NEDA): Hòa tan 0.1g NEDA trong
100 ml nước cất. Dung dịch này để ổn định 1 tháng nếu đựng trong chai màu và giữ
trong tủ lạnh.
• Dung dịch hấp thu Saltzman : hòa tan 5 g sulfanilic acid khan trong 1 lít nước có chứa
140 mL acid acetic băng (nếu không tan có thể đun nhẹ). Sau đó thêm 20 mL dung
dịch NEDA 0.1 % và pha loãng thành 1 lít bằng nước cất. Dung dịch được bảo quản
lạnh trong chai sẫm màu và nút kín, dung dịch ổn định trong 3 tháng. Trước khi lấy
mẫu cần để thuốc thử về nhiệt độ phòng.
• Dung dịch chuẩn sodium nitrite gốc (NaNO2):
Hòa tan 0.675 g NaNO2 tinh khiết, khan trong nước cất và định mức thành 500 mL
bằng nước cất. Dung dịch này chứa 900 µg NO2–/mL. Dung dịch ổn định khoảng 6 tháng
nếu đựng trong chai màu và bảo quản trong tủ lạnh. Nồng độ tương ứng của khí NO 2 là

9


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
1000 µg/mL vì thực tế chỉ có 90% NO2 trong không khí được chuyển thành ion NO2– khi
hấp thu trong dung dịch hấp thu.
• Dung dịch chuẩn sodium nitrite sử dụng (10 µg NO2/mL): lấy 1 mL (dùng
micropipette) dung dịch NaNO2 gốc vào bình định mức 100 mL và định mức đến vạch
bằng nước cất. Dung dịch này chuẩn bị ngay khi sử dụng.
• Nước cất sử dụng phải là loại không có chứa ion nitrite (nước cất 2 lần)
3. THỰC NGHIỆM XỬ LÝ KHÍ THẢI CHỨA HƠI NO2
3.1 Mục tiêu:
Đánh giá khả năng xử lý khí có chứa NO 2 của mô hình thí nghiệm đồng thời rút ra
kết luận về nguyên lý hoạt động của mô hình xử lý khí chứa hơi axit.
3.2 Nguyên tắc:
Xác định nồng độ NO2 tại đầu vào và nồng độ NO 2 của khí đầu ra sau khi qua tháp
hấp thụ. Thay đổi lượng NO2 đầu và, Từ đó tính toán hiệu suất xử lý của mô hình. Rút ra
kết luận.
3.3 Nội dung thực hiện:
Các thông số về tốc độ dòng khí và lưu lượng nước tưới trong cột đệm được giữ
nguyên như thí nghiệm loại bụi.
Tạo khí NO2 sau đó đưa khí vào mô hình, thay đổi lần lược các thông số đầu vào như
sau:
Lượng NO2 đưa vào thay đổi từ . . . mL/phút => xác định sự thay đổi của hàm lượng
NO2 đầu vào.
Phương pháp lấy mẫu: Cho vào bình impinger 10 mL dung dịch hấp thu, tại vị trí lấy
mẫu đầu vào (trên mô hình), tiến hành lấy mẫu với tốc độ bằng với tốc độ đưa khí
vào mô hình, lấy trong khoảng 30s. Đồng thời cho dung dịch hấp thu vào chai thu
mẫu khí đầu ra để lấy mẫu khí đầu ra. Tiến hành lên màu, đo quang sau đó tính toán
hàm lượng NO2 trước và khi đi qua tháp hấp thu.
Kiểm tra pH của dung dịch nước chảy ra từ tháp hấp thụ để thấy được sự khác biệt
trước và sau khi cho khí NO2 đi qua tháp.
3.4 Phân tích mẫu :
* Đối với mẫu đầu vào:

10


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Định mức bình chứa mẫu bằng dung dịch hấp thu và tiến hành đo màu cùng với dãy màu
chuẩn ở bước sóng 550 nm. Việc phân tích mẫu tiến hành càng sớm càng tốt để tránh mất
mẫu do các phản ứng với chất oxy hóa mạnh trong không khí.
* Đối với mẫu đầu ra:
Tăng thời gian lấy mẫu so với mẫu đầu vào. Tiến hành định mức và đo như đối với
mẫu đầu vào tùy thuộc vào màu của dung dịch sau khi lấy mẫu.
3.5 Dựng đường chuẩn :
Xây dựng thang màu chuẩn: cho lần lượt 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 và 1.0 mL dung dịch nitrit
chuẩn (10 µg NO2/mL) vào bình định mức 25 mL. Nồng độ tương ứng là 0.08; 0.16;
0.32; 0.64 và 0.64 µg NO2/25 mL. Đo độ hấp thu của dãy màu chuẩn ở bước sóng 550
nm với dung dịch so sánh là bình đầu tiên.
Bình định mức 25 mL

0

1

2

3

4

5

Dd chuẩn nitrit (10 µg
NO2/mL) (mL)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Dung dịch hấp thu (mL)
NO2 (µg/mL) tương ứng

Định mức đến vạch bằng dung dịch hấp
thu
0

0.08

0.16

0.24 0.32 0.40

4. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ
- Dựng đồ thị chuẩn giữa độ hấp thu A và nồng độ NO 2 (µg/mL) của dãy màu chuẩn. Đồ
thị có dạng y = a + bx, với y là độ hấp thu, x là nồng độ NO2 tương ứng.
- Dựa vào độ thị chuẩn, tính hàm lượng NO2 có trong bình định mức 25 mL. Tính ra đơn
vị µg.
- Nồng độ NO2 có trong không khí được tính toán theo công thức:

Trong đó,
V0 :

Thể tích không khí đã lấy (L) quy về điều kiện 250C, 1 atm
V0 =

PVT0
P0T

11


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
P : áp suất không khí tại nơi lấy mẫu
V : thể tích mẫu không khí (lít)
T : nhiệt độ trung bình của không khí trong thời gian lấy mẫu (0K)
P0 = 1 atm
T0 = 2980K
-

Nồng độ NO2 đổi sang đơn vị ppmV:

Kích thước hạt bụi tham khảo
Nguồn
Công nghiệp luyện kim
Lò nấu gang
Lò thổi oxy
Lò martin
Lò cao
Lò điện
Lò quay
Công nghiệp hóa chất
Thu hồi acid sulfuric
-Hấp thu bằng nước
-Hấp thụ bằng 40% dd acid
Cô đặc acid
Sản xuất acid photphoric
Sản xuất titan clorua và titan dioxide
Luyện kim màu
Lò cao nấu chì
Lò nấu chì phản xạ
Sản xuất hợp kim magie
Sản xuất kẽm
Lò nấu đồng phản xạ
Công nghiệp vật liệu

Loại bụi

Kích cỡ
µm

Oxides sắt, oxide sillic, cốc
Oxides sắt
Oxides sắt, oxide kẽm
Quặng sắt, cốc
Bụi sắt-siliic
Bụi sắt-mangan
Quặng sắt

0.1-10
0.5-2.0
0.08-1.0
0.5-20.0
0.01-1.0
0.1-1.0
0.5-50

Sương mù H2SO4
Sương mù H2SO4
Sương mù H2SO4
Sương mù H2SO4
Sương mù H3PO4
0.5-1.0
Hợp chất chì
Chì và hợp chất thiếc
Nhôm clorua
Kẽm và kẽm oxide
Oxide kẽm

12

0.1-1.0
0.1-0.8
0.1-0.9
0.1-1.0
0.05-0.5


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Lò vôi
Sản xuất atphan
Lò ximăng
Công nghiệp sản xuất giấy
Lò nung vôi
Bột giấy
Khác

Bụi
Phôi nhôm
Amiăng
Đá vôi
Tinh bột
Phôi gỗ
Mùn cưa

Vôi
Đá vôi và đất đá
Ximăng

1.0-50.0
1.0-50.0
0.5-55.0

Bụi vôi
Soda
Natri sulfate

0.1-50.0
0.1-2.0

Tro
Tinh bột
Cát

0.1-3
>0.2
50-1000

Khối lượng riêng của hạt
kg/m3
2720
2200
2780
1270
11

13

Kích thước
µm
335
261
71
64
1370
1400


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Bài 2: THỰC TẬP MÔ HÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG
XÚC TÁC TIO2/UV
Thời gian thực tập: 1 ngày
Số lượng sinh viên: 10sv/nhóm
Thiết bị cần thiết:
- Mô hình quang xúc tác.
- Máy quang phổ spectrophotometer.
- Đèn UV-C = 15w (λ = 100 – 280 nm).
- Flowmeter.
Dụng cụ - hoá chất cần thiết (Dùng nước cất 2 lần)
• Dụng cụ
- Impinger:
6 cái
- Bình định mức 100 mL:
4 cái
- Bình định mức 50 mL:
9 cái
- Pipet bầu 10 mL:
1 cái
- Pipet bầu 20 mL:
1 cái
- Pipet vạch 5 mL:
1 cái
- Ống nhỏ giọt:
1 cái
- Bình nước cất:
1 cái
- Thau:
1 cái
- Bóp cao su:
1 cái
- Curvet thuỷ tinh:
2 cái
- Đũa thuỷ tinh:
1 cái
• Hoá chất
- Titanium dioxide TiO2 (Hãng xản xuất Merck - Đức).
- Na2CO3 1%: Cân 10 g hòa tan thành 1 L.
- Na2CO3 10%: Cân 50 g hòa tan thành 500 m L.
- Paranitroanilin: Hòa tan 0,69 g paranitroanilin trong 150 mL axit clohidric 1
M, thêm nước đến 1 L, lắc kỹ.
- Natrinitric (NaNO2) bão hòa: hòa tan 42 g natrinitric trong 50 mL nước cất ở
nhiệt độ phòng.
- Pha thuốc thử: thêm vào 35 mL dung dịch paranitroanilin 7 giọt natrinitric
bão hòa. Lắc trộn đều.
Pha dung dịch phenol chuẩn:
- Dung dịch phenol 1000 ppm : Lấy 1 g phenol cho vào định mức thành 1 L.
(Chuẩn này dùng trong vòng 1 tháng)
- Dung dịch phenol 50 ppm: Lấy 5 mL dung dịch 1000 ppm cho vào bình 100
mL, định mức bằng nước cất. (Dung dịch này bền trong 1 ngày)

14


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
- Dung dịch 5 ppm: Lấy 10 mL dung dịch 50 ppm định mức thành 100 mL.
(Dung dịch này bền trong 2 giờ). Dung dịch 5 ppm được dùng để dựng chuẩn.
1. Giới thiệu
Phenol là chất khí ô nhiễm độc hại theo tiêu chuẩn của cơ quan bảo vệ môi trường
Hoa Kỳ Clean Air Act quy định ở mục 112(b) (USEPA, 2006a) và nằm trong trong danh
mục các hợp chất nguy hại (ATSDR, 2005), gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và
sinh vật. Phenol được dùng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng các nguồn phát thải
phenol chính là từ các nhà máy sản xuất các loại nhựa phenolic và dung môi hữu cơ, từ
các nhà máy lọc dầu, hóa dầu, nhà máy thép, lò than cốc, khí than, nhựa tổng hợp, dược
phẩm, sơn, các ngành công nghiệp gỗ dán và khai mỏ...
Những năm gần đây, vật liệu xúc tác titanium dioxide (TiO 2) ngày càng được
nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý chất ô
nhiễm. Hiện nay, các nghiên cứu tập trung nhiều vào tối ưu hóa khả năng xử lý của TiO 2
và điều chế các dạng vật liệu xúc tác khác dựa trên TiO 2 nhằm tăng hoạt tính cũng như
mở rộng khả năng ứng dụng của TiO2, từ đó tìm ra những phương pháp sử dụng hiệu quả
TiO2 với qui mô lớn.
2. Cơ sở lý thuyết
Nguyên lý cơ bản về khả năng quang xúc tác trên các chất bán dẫn là khi được
kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hay bằng độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn
(thường là tia tử ngoại do độ rộng vùng cấm của nó khá lớn ~3.2eV) sẽ tạo ra cặp
electron - lỗ trống (e, h+) ở vùng dẫn và vùng hóa trị. Những cặp electron – lỗ trống này
sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng oxi hóa- khử. Các lỗ trống có thể tham gia
trực tiếp vào phản ứng oxi hóa các chất độc hại, hoặc có thể tham gia vào giai đoạn trung
gian tạo thành các gốc tự do hoạt động như ( •OH, O2-•). Tương tự như thế các electron sẽ
tham gia vào các quá trình khử tạo thành các gốc tự do. Các gốc tự do sẽ tiếp tục oxi hóa
các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác thành sản phẩm cuối cùng không độc
hại là CO2 và H2O (Mihir K. Chokshi, 2006). Cơ chế xảy ra như sau:

15


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

(Mills et al., 1997)
Hình 1: Các quá trình oxi hóa quang xúc tác xảy ra trong TiO2
TiO2 + hν → TiO2 (h+ + e-)

(2.3)

TiO2 (h+) + H2O → •OH + H+ + TiO2

(2.4)

TiO2 (h+) + OH- → •OH + TiO2

(2.5)

TiO2 (h+) + R → R• + TiO2

(2.6)

TiO2 (e-) + O2 → O2-• + TiO2

(2.7)

TiO2 (e-) + H2O2 → OH- + •OH + TiO2

(2.8)

O2-• + H+ → HO2•

(2.9)

HO2• → O2 + H2O2

(2.10)

H2O2 + O2-• → O2 + OH- + •OH

(2.11)

Từ phương trình (2.4) - (2.6) ta thấy điện tử chuyển từ chất hấp phụ sang TiO 2. Từ
phương trình (2.7) ta thấy phân tử O2 có mặt trong môi trường sẽ nhận điện tử để trở
thành O2-•. Ngoài ra, từ các phương trình ta thấy quá trình oxi hoá phân huỷ chủ yếu phụ

16


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
thuộc vào nồng độ của gốc •OH hấp phụ trên bề mặt TiO2 (phương trình 2.4) và lượng oxi
hoà tan (phương trình 2.7).
Quá trình bổ sung thêm H2O2 vào làm tăng hiệu quả phản ứng (phương trình 2.8)
và gốc O2-• sinh ra cũng tham gia vào phản ứng (phương trình 2.9 và 2.11). Kết quả của
quá trình là sinh ra các gốc có tính oxi hóa rất mạnh (chủ yếu là •OH và HO2•).
Sau đó, các hợp chất hữu cơ sẽ bị hấp phụ trên bề mặt TiO 2 và bị oxi hoá bởi •OH
và HO2•. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng quang hoá là CO2 và H2O.

17


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

18


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Hình 2: Sơ đồ mô hình thực nghiệm

3. Nội dung thực tập
3.1 Vận hành mô hình
Mô hình thí nghiệm được thiết lập gồm: hệ thống cấp khí, lò phản ứng và hệ thống
thu mẫu. Sinh viên vận hành mô hình để tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mô hình,
cách thức vận hành, các thông số của mô hình thí nghiệm.
-

Thí nghiệm 1: Xác định hiệu quả xử lý hơi phenol trong dòng khí dưới điều
kiện bật đèn UV nhưng không có mặt xúc tác TiO2.

Vận hành mô hình thí nghiệm bằng cách sục hơi phenol với nồng độ đầu vào
khoảng 50 – 100 mg/Nm3 vào cột phản ứng. Thu mẫu khí đầu ra 3 lần liên tiếp, thời gian
lấy mẫu 30 phút, 2 lần lấy mẫu cách nhau 30 phút. Hiệu suất xử lý của mô hình được tính
bằng hiệu số giữa nồng độ đầu vào và đầu ra.
-

Thí nghiệm 2: Xác định hiệu quả xử lý hơi phenol trong dòng khí dưới điều
kiện tắt đèn UV, có mặt xúc tác TiO2.

Vận hành mô hình thí nghiệm bằng cách sục hơi phenol với nồng độ đầu vào
khoảng 50 – 100 mg/Nm3 vào cột phản ứng. Thu mẫu khí đầu ra 3 lần liên tiếp, thời gian
lấy mẫu 30 phút, 2 lần lấy mẫu cách nhau 30 phút. Hiệu suất xử lý của mô hình được tính
bằng hiệu số giữa nồng độ đầu vào và đầu ra.
-

Thí nghiệm 3: Xác định hiệu quả xử lý hơi phenol trong dòng khí dưới điều
kiện bật đèn UV và có mặt xúc tác TiO2.

Vận hành mô hình thí nghiệm bằng cách sục hơi phenol với nồng độ đầu vào
khoảng 50 – 100 mg/Nm3 vào cột phản ứng. Thu mẫu khí đầu ra 3 lần liên tiếp, thời gian
lấy mẫu 30 phút, 2 lần lấy mẫu cách nhau 30 phút. Hiệu suất xử lý của mô hình được tính
bằng hiệu số giữa nồng độ đầu vào và đầu ra.
Tính toán kết quả và viết báo cáo, nhận xét, giải thích kết quả.

19


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
3.2 Dựng đường chuẩn
Đường chuẩn dựng bằng bình định mức 50 mL.
Dung dịch chuẩn số
1
2
3
Nồng độ (ppm)
0
0,05
0,1
Nước cất 2 lần
DD phenol 5 ppm (cân
0
0,5
1
khối lương (g) )
Dung dịch Na2CO3 1%
Thuốc thử
Định mức

4
0,2
25 mL

5
0,4

6
0,8

7
1,5

2

4

8

15

5 mL
2,5 mL
50 mL

Lắc trộn cẩn thận và để yên 15 phút. Đo mật độ quang của các dung dịch mầu với
cuvet 5cm, kính lọc mầu tím (= 480 nm). Dung dịch so sánh là dung dịch số 1.
4. Phương pháp lấy mẫu
Khả năng xử lý, hiệu suất xử lý hơi phenol được đánh giá thông qua nồng độ hơi
phenol trong dòng khí đầu vào và đầu ra (Công thức tính hiệu suất sinh viên tự xây
dựng). Quy trình lấy mẫu như sau:
- Lấy mẫu đầu vào: Lấy mẫu khí chứa hơi phenol bằng cách cho hấp thụ vào 2
impinger mắc nối tiếp, mỗi impinger chứa 10 mL dung dịch Na2CO3 1%. Nồng độ phenol
trong dòng khí được tính toán thông qua nồng độ phenol trong dung dịch sau khi hấp thụ.
Thời gian lấy mẫu 30 phút với tốc độ dòng khí 1,0 L/phút. Sau khi lấy, mẫu được đem
phân tích ngay.
- Lấy mẫu đầu ra: Tiến hành như lấy mẫu đầu vào. Thời gian lấy mẫu 30 phút
với tốc độ dòng khí 1,0 L/phút. Sau khi lấy, mẫu được đem phân tích ngay.

5. Phân tích mẫu (phân tích đồng thời với dãy chuẩn)

20


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Pha loãng mẫu
(theo hướng dẫn của cán bộ phụ trách)
Lấy 10 mL mẫu đã pha loãng cho vào
bình định mức 100 mL
Thêm 5 mL dung dịch thuốc thử
paranitroanilin
Định mức bằng nước cất hoặc bằng
dung dịch Na2CO3 0,1%
Lắc đều, để yên 15 phút
Đo độ hấp thu tại bước sóng 480 nm
Hình 3: Phương pháp phân tích phenol trong mẫu khí
6. Yêu cầu
Nắm được cách thức vận hành, nguyên lý hoạt động của các hợp phần, các thông
số mô hình, phương pháp lấy mẫu, phân tích và kiểm tra hiệu suất xử lý.

Bài3: THỰC TẬP MÔ HÌNH LÒ ĐỐT BMW-5
1.

Giới thiệu về công nghệ thiêu đốt:
1.1. Lý thuyết cơ bản của quá trình cháy
21


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Quá trình đốt chất thải thực chất là quá trình oxy hóa khử trong đó xảy ra phản ứng
giữa chất đốt (chất thải dạng hữu cơ) với oxy trong không khí ở nhiệt độ cao và sản phẩm
cuối cùng là tạo ra là khí CO2 và hơi nước.
Phản ứng xảy ra như sau:
Chất thải + O2  Sản phẩm cháy + Q (nhiệt)
Ngoài ra sản phẩm cháy còn có bụi, SO x, NOx, CO, tổng hydrocarbon (THC), HCl,
HF, Dioxins/Furans…
1.2. Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy
Quá trình cháy và các chất ô nhiễm tạo thành (sản phẩm cháy) liên quan chặt chẽ tới
thành phần, bản chất của chất thải được đốt, nhiên liệu sử dụng, điều kiện đốt như: hệ số
dư không khí (oxy), nhiệt độ đốt, độ tiếp xúc và thời gian tiếp xúc giữa nhiên liệu (hoặc
khí gas) với oxy...
Quá trình cháy của chất thải rắn bao gồm 4 giai đoạn cơ bản sau:
- Quá trình sấy khô (bốc hơi nước).
- Quá trình phân hủy nhiệt chất thải (hình thành khí gas).
- Quá trình phối trộn khí gas hoặc chất đốt với gió (không khí) và sự mồi lửa.
- Quá trình cháy ở dạng khí.
1.3.
Hiệu quả đốt CE (Combution Efficiency)
Để đánh giá hiệu quả của quá trình cháy người ta có thể sử dụng một trong hai chất là
CO và THC, tuy nhiên việc đo nồng độ THC phức tạp hơn so với CO nhiều nên người ta
hay đánh giá thông qua CO và CO2.
CE = ([CO2] - [CO]) / [CO2] x100%
Trong đó
CO2: nồng độ khí thải đầu ra (ppm)
CO : nồng độ khí thải đầu ra (ppm)
Đối với lò đốt CTNH thì yêu cầu hiệu quả lò đốt phải đạt trên 99,9%.
2.

Giới thiệu về lò đốt BMW-5:
2.1. Cấu tạo
Hệ thống lò đốt gồm 2 bộ phận chủ yếu: một buồng đốt sơ cấp và một buồng đốt thứ
cấp. Chất thải được nạp vào buồng đốt sơ cấp, tại đây không khí thổi vào cung cấp oxy
cho quá trình nhiệt phân.
Khí thải phát sinh bởi phản ứng cháy từ buồng đốt sơ cấp là những khí có khả năng
cháy như CO, H2, CH4… và khí gas này được đốt trong buồng đốt thứ cấp. Thể tích
buồng đốt thứ cấp đủ thời gian để tiêu hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong khí thải.

22


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

4
12
6

2
3

5
10
INCINERATOR

8
7
11

1
9
Hình 1: Mô phỏng lò đốt BMW-5 (Bản vẽ Autocad)
Chú thích
1: Buồng sơ cấp
2: Buồng thứ cấp
4: Ống khói
5: Tủ điều khiển
7: Cửa nạp liệu
8: Béc phun
10: Quạt thổi khí
11: Motor tháo bụi
2.2.
Nguyên lý hoạt động

23

3: Cyclone
6: Bồn chứa nhiên liệu
9: Quạt cấp khí
12: Đầu dò nhiệt độ


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt
Bộ điều khiển

Rác vào

Béc 1

Béc 2

Buồng
sơ cấp

Buồng
thứ cấp

Cyclone

Quạt
cấp khí

Quạt hút

Ống khói

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
3. Nội dung thực hành:
Thời gian thực hành đối với lò đốt BMW-5 được chia thành 2 ngày
Cụ thể thí nghiệm được tiến hành như sau:
3.1. Ngày thực tập 1:
3.1.1.
Mô phỏng mẫu rác thải nhiễm dầu thực tế:
a. Chuẩn bị:
• Mỗi nhóm tự chuẩn bị 10 kg giẻ lau (vải vụn), 2 kg dầu nhớt thải (lấy tại các
cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy).
b. Cách thức tiến hành:
• Giẻ lau được cắt nhỏ và trộn đều lại với nhau, sau đó đổ thành đống 10 kg. Đổ
2 kg nhớt thải vào và đảo trộn đều, ủ qua đêm cho dầu thải thấm đều vào giẻ.
3.1.2.
Thí nghiệm vận hành Testo 360:
• Lắp đặt Testo 360 theo hướng dẫn của cán bộ phụ trách.
• Tìm hiểu các bộ phận trên 1 thiết bị Testo 360 hoàn chỉnh: các đầu dò, thiết bị
lọc khí, ống sấy khí…
• Khởi chạy phần mềm đi kèm với Testo 360 trên máy tính, điều chỉnh các thông
số để tiến hành đo đạc nồng độ khí thải đầu ra theo ý muốn.
3.2. Ngày thực tập 2:
Thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ đốt lên nồng độ khí thải
đầu ra tại ống khói:
3.2.1.
Chuẩn bị:
- Vệ sinh lò: dọn sạch lượng chất thải, tro xỉ có trong buồng sơ cấp để không ảnh
hưởng đến kết quả đo đạc sau này.
24


Thực tập mô hình xử lý thải và lò đốt

-

-

• Kiểm tra toàn bộ thiết bị trước khi vận hành như: thùng chứa và ống dẫn
nhiên liệu đốt, an toàn các béc phun (rạn, nứt…), hệ thống điều khiển
điện…
Kiểm tra bồn chứa dầu (nhiên liệu đốt): tháo lượng dầu còn sót lại từ mẻ đốt
trước, cho thêm một lượng dầu DO xác định và thích hợp vào.
Chuẩn bị và cân giẻ lau thải trước khi đốt. Giẻ lau có thể cho vào những túi
nylon với khối lượng 1 kg/túi để thuận tiện cho việc cấp liệu qua cửa lò, tránh
rơi vãi gây ô nhiễm.
Lắp đặt và vận hành thiết bị đo đạc nồng độ khí phát thải – Testo 360 theo trình
tự như sau:
• Thực hiện lắp đặt hoàn chỉnh các bộ phận cấu thành Testo 360.
• Khởi động phần mềm Testo 360 trên máy tính.
• Kiểm tra hoạt động các đầu dò của Testo 360.
• Đặt đầu dò của Testo 360 vào vị trí như hình vẽ sau:

4
T2

T3

B2
2

Daà
u DO
Khoâ
ng khí

Da
à
uD
O

Kh

ng
kh
í

T1

B1

3

Q2

1
Q1

Hình 3: Mô tả vị trí đặt đầu dò Testo 360
3.2.2.
Khởi động lò đốt
Đầu tiên, bật công tắc nguồn để bắt đầu khởi động lò. Sau đó, mở van khóa thùng
chứa nhiên liệu để cung cấp nhiên liệu cho 2 béc phun. Tiếp theo, mở quạt cấp khí, quạt
thổi khí làm nguội và ấn nút để khởi động trên 2 béc phun để bơm nhiên liệu vào 2 béc.
Bật công tắc đánh lửa để khởi động buồng đốt thứ cấp. Kiểm tra đảm bảo khói ở ống
khói thoát ra không màu (trong trường hợp khói có màu đen thì điều chỉnh van gió trên
béc phun đến khi nào khói chuyển sang không màu thì đạt). Đồng thời, tiến hành bật
công tắc đánh lửa cho buồng đốt sơ cấp. Tiến hành lại các thao tác (điều chỉnh van gió vả
theo dõi nhiệt độ) tương tự như ở buồng đốt thứ cấp đến khi nhiệt độ ở buồng đốt sơ cấp
đạt 4000C thì có thể bỏ rác thải vào.
3.2.3.
Quá trình đốt cháy rác thải
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×