Nghiên cứu khả năng xử lý khí H2S và NH3 phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ

Í H2S VÀ NH3 PHÁT SINH TỪ CÔNG ĐOẠN SẤY THỨC ĂN GIA SÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ SVTH: Ngô Thúy An GVHD: Th.s Nguyễn Trần Nhẫn Tánh Ks. Trương Khanh Nhật Thảo Ks. Phan Phước Toàn Long Xuyên, tháng 9 năm 2010 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Long xuyên, ngày…..tháng…..năm 2010 Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Trần Nhẫn Tánh LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, ngành chế biến thức ăn gia súc từ phụ phẩm cá tra, cá basa ở An Giang phát triển mạnh. Tận dụng được nguồn nguyên liệu giá rẻ, thị trường đầu ra ổn định và chi phí đầu tư thấp nên các cơ sở thuộc loại hình này mọc lên theo cách tự phát ngày càng nhiều. Vấn đề môi trường chính tại đây là không khí trong và xung quanh các cơ sở chế biến bị ô nhiễm do mùi hôi phát sinh từ quá trình sản xuất. Thành phần khí thải phát sinh là một hỗn hợp khí độc, trong đó khí H2S và NH3 được nhiều quan tâm do gây mùi hôi khó chịu. Do đó, nhu cầu về một hệ thống xử lý triệt để khí H2S và NH3 phát sinh nhưng phải đáp ứng các yếu tố kinh tế (chi phí đầu tư, vận hành thấp) và đảm bảo các tiêu chuẩn Việt Nam về môi trường không khí ngày càng tăng. Trước nhu cầu đó, việc “nghiên cứu xử lý khí H2S và NH3 phát sinh từ quá trình sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ” được tiến hành. Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ giúp giải quyết triệt để các vấn đề về môi trường không khí, đáp ứng nhu cầu xã hội trong tỉnh nói riêng và trên cả nước nói chung. Với mục tiêu đáp ứng nhu cầu nêu trên, việc nghiên cứu sẽ tập trung vào những vật liệu phổ biến, cho hiệu quả xử lý cao. Do đó, khả năng triển khai ứng dụng của đề tài rất lớn, nhờ vào: − Chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng thấp. − Kỹ thuật đơn giản. − Hiệu quả xử lý phù hợp Quy chuẩn Việt Nam hiện hành về môi trường không khí. Thêm vào đó, nghiên cứu sẽ xác định được hiệu quả xử lý khí thải của KMnO4 và K2Cr2O7. Đây là hai hóa chất khá phổ biến, vì vậy, đề tài sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho những nghiên cứu khác liên quan đến hấp thụ và hai loại hóa chất nêu trên. Vì vậy, việc nghiên cứu thành công đề tài là giải pháp đáp ứng được ba yếu tố xã hội, kinh tế và khoa học. i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................................... i MỤC LỤC ........................................................................................................................................ ii TÓM TẮT ....................................................................................................................................... iv DANH SÁCH BẢNG....................................................................................................................... v DANH SÁCH HÌNH....................................................................................................................... vi CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................................................. 1 1.2 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU................................................................................................ 2 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................................................. 2 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................................. 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ........................................................................................................... 3 2.1 ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ HYDRO SUNFUA H2S VÀ AMONIAC NH3............................... 3 2.1.1 Khí hydro Sunfua H2S ................................................................................................. 3 2.1.2 Khí Amoniac ............................................................................................................... 3 2.2 LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ .................................................................. 4 2.2.1 Phương pháp hấp thụ ................................................................................................... 4 2.2.2 Tháp hấp thụ ................................................................................................................ 5 a. Cấu tạo tháp đệm ........................................................................................................ 5 b. Vật liệu đệm ............................................................................................................... 6 c. Ưu, nhược điểm và ứng dụng ..................................................................................... 6 d. Vật liệu hấp thụ .......................................................................................................... 7 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ H2S VÀ NH3 .............................................................. 7 2.3.1 Cơ sở lý thuyết............................................................................................................. 7 a. Hấp phụ H2S bằng NaOH ........................................................................................... 7 b. Khử NH3 và H2S bằng KMnO4 hay K2Cr2O7 ............................................................. 7 2.3.2 Kết quả thực nghiệm.................................................................................................... 9 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................... 10 3.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH (TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHÍNH) ...................................... 10 3.1.1 Công thức tính toán ................................................................................................... 10 3.1.2 Mô hình thí nghiệm ................................................................................................... 11 ii 3.2 QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM.............................................................................................. 13 3.2.1 Giai đoạn 1: Tạo dòng khí thải chứa H2S và NH3 tại phòng thí nghiệm................... 13 3.2.2 Giai đoạn 2: Xác định nồng độ khí đưa vào mô hình xử lý....................................... 13 3.2.3 Giai đoạn 3: Khảo sát hiệu quả hấp thu khí thải của K2Cr2O7, KMnO4.................... 13 3.3 PHƯƠNG TIỆN VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................. 13 3.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................................................. 13 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................ 14 4.1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH............................................................... 14 4.1.1 Tính toán lớp đệm...................................................................................................... 14 4.1.2 Vận tốc khí làm việc thích hợp trong tháp ................................................................ 14 4.1.3 Đường kính tháp ........................................................................................................ 16 4.1.4 Chiều cao tháp ........................................................................................................... 16 4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .................................................................................................. 17 4.2.1 Kết quả đo giá trị đầu vào.......................................................................................... 17 4.2.2 Hiệu quả xử lý khí NH3 ............................................................................................. 17 4.2.3 Hiệu quả xử lý khí H2S.............................................................................................. 19 4.2.4 Ưu và nhược điểm của đề tài nghiên cứu .................................................................. 20 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 22 5.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 22 5.2 KIẾN NGHỊ........................................................................................................................ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 23 PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 24 iii TÓM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu khả năng xử lý khí H2S và NH3 trong quá trình sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ mà cụ thể là: xây dựng mô hình xử lý khí thải chứa H2S và NH3 phát sinh từ quá trình sấy thức ăn gia súc; sau đó, tiến hành khảo sát xác định hiệu quả xử lý khí H2S và NH3 của các chất oxi hóa mạnh như: KMnO4 và K2Cr2O7 thông qua 10 nghiệm thức. Sau quá trình thực nghiệm, nhận thấy hiệu quả xử lý H2S và NH3 thông qua một số nghiệm thức khá cao. Trong cùng một chỉ tiêu như H2S hay NH3, thí nghiệm A luôn cho hiệu suất xử lý cao hơn thí nghiệm B. Mặt khác, hiệu quả xử lý khí thải tăng dần theo nồng độ chất hấp thụ. Từ kết quả nghiên cứu, có thể rút ra ưu và nhược điểm của đề tài như sau: Ưu điểm: − Hiệu quả xử lý khí thải cao: + Hiệu suất xử lý NH3 đạt 93,02% với hóa chất hấp thụ là KMnO4 0,01M + Hiệu suất xử lý H2S đạt 95,48% với hóa chất hấp thụ là KMnO4 0,01M − Tiết kiệm chi phí do chỉ cần dùng chất hấp thụ với nồng độ thấp. − Vận hành đơn giản, ít cặn lắng. Nhược điểm: Tạo chất thải thứ cấp độc hại là Cr3+ và Mn2+. Tuy nhiên chất thải phát sinh với khối lượng nhỏ và nồng độ thấp, nằm trong giới hạn cho phép. iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện.........................................................................................................2 Bảng 2.1: Phần trăm hiệu quả xử lý H2S và NH3 qua các hóa chất (%).........................................9 Bảng 3.1: Các công thức tính toán tháp hấp thụ ...........................................................................10 Bảng 3.2: Chức năng và vật liệu dự kiến của một số thiết bị trong mô hình................................12 Bảng 4.1: Thông số thiết kế lớp vật liệu đệm ...............................................................................14 Bảng 4.2: Tính toán vận tốc khí làm việc thích hợp trong tháp hấp thụ.......................................15 Bảng 4.3: Thông số thiết kế đường kính tháp...............................................................................16 Bảng 4.4: Thông số thiết kế chiều cao tháp hấp thụ .....................................................................16 Bảng 4.5: Giá trị H2S và NH3 đầu vào..........................................................................................17 Bảng 4.6: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH3 ở thí nghiệm A ...............................................18 Bảng 4.7: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH3 ở thí nghiệm B ...............................................19 Bảng 4.8: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H2S ở thí nghiệm A................................................20 Bảng 4.9: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H2S ở thí nghiệm B................................................20 v vi DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Hai lớp biên ngăn cách giữa pha khí và lỏng .................................................................4 Hình 2.2: Cấu tạo tháp hấp thụ .......................................................................................................5 Hình 2.3: Vật liệu đệm ...................................................................................................................6 Hình 2.4: Hệ thống phân phối chất lỏng.........................................................................................6 Hình 3.1: Mô hình hệ thống xử lý khí H2S và NH3......................................................................11 Hình 4.1: Hiệu suất xử lý khí NH3 theo các nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7 ..................................17 Hình 4.2: Hiệu suất xử lý khí H2S theo các nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7...................................19 GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 1 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản và chế biến thức ăn gia súc tại An Giang phát triển mạnh, mang lại diện mạo mới cho nền kinh tế tỉnh nhà. Tuy nhiên, song song với sự phát triển đó là việc bùng nổ các vấn đề môi trường mà đặc biệt là môi trường không khí. Thành phần khí thải của các nhà máy chế biến thức ăn gia súc bao gồm: CxHy, NOx, SO2, NH3, H2S,…Trong đó, khí H2S và NH3 được quan tâm nhiều nhất vì mùi hôi đặc trưng của nó, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống của cộng đồng dân cư sống lân cận các nhà máy, xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc. Vì vậy, nó trở thành vấn đề môi trường vô cùng cấp thiết và mang tính thời sự của tỉnh An Giang. Nhận thấy tình hình trên, nhiều đơn vị cũng như cá nhân tiến hành nghiên cứu xử lý loại khí thải gây mùi khó chịu này. Là sinh viên cuối khóa ngành kỹ thuật môi trường, chúng tôi đã chọn “Nghiên cứu khả năng xử lý một số khí thải gây mùi phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ và hấp phụ” làm đề tài tốt nghiệp đại học. Sau quá trình nghiên cứu, đề tài trên đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới như: nghiên cứu xử lý chuyên sâu một hoặc hai loại khí thải trong tổng thành phần khí thải phát sinh từ sấy thức ăn gia súc, nghiên cứu với loại vật liệu hấp thụ mới để nâng cao hiệu quả xử lý khí thải, nghiên cứu đơn nhất một phương pháp hấp thụ hoặc hấp phụ để xử lý khí thải từ đó giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị, chi phí hóa chất vận hành,…. Xuất phát từ hướng đi và tình hình trên, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu xử lý khí H2S và NH3 phát sinh trong quá trình chế biến thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ” nhằm nâng cao tính chuyên sâu về phương pháp xử lý khí thải đặc thù ngành chế biến thức ăn gia súc. 1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tập trung vào các đối tượng như sau: − Khí H2S và NH3 phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc với nguyên liệu từ phụ phẩm cá tra, cá basa. − Một số hóa chất hấp thụ như: K2Cr2O7 và KMnO4. GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 2 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn 1.2 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU Thời gian nghiên cứu 4,5 tháng, chia thành 5 giai đoạn Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện Stt Nội dung thực hiện Kết quả phải đạt Thời gian 1 Lược khảo các tài liệu có liên quan, khảo sát sơ bộ, soạn đề cương. Nắm được thông tin, phương pháp thực hiện đề tài. 4 tuần (01/03 – 29/03/10) 2 Tính toán và lắp mô hình xử lý khí H2S và NH3. Tạo được mô hình. 4 tuần (30/03 – 27/04/10) 3 Chạy mô hình và phân tích nồng độ khí đầu Số liệu, kết quả khảo 2 tuần (28/04 – 12/05/10) 4 Khảo sát hiệu quả hấp thu khí H2S và NH3 bằng K2Cr2O7 và KMnO4. Số liệu, kết quả khảo sát 4 tuần (13/05 – 10/06/10) 5 Tổng hợp số liệu, viết báo cáo. Bài báo cáo hoàn chỉnh 4 tuần (11/06 – 09/07/10) 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài nhằm nghiên cứu khả năng xử lý khí H2S và NH3 trong quá trình sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ. Mục tiêu cụ thể: − Xây dựng mô hình xử lý khí H2S và NH3 sinh ra từ quá trình sấy thức ăn gia súc, làm thiết bị thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trường. − Xác định hiệu quả xử lý khí H2S và NH3 của các chất oxy hóa mạnh như: KMnO4 và K2Cr2O7. Thông qua nghiên cứu, có thể xác định nồng độ hóa chất thích hợp cho việc hấp thụ 2 khí trên. 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU − Tính toán sơ bộ và lắp mô hình xử lý khí H2S và NH3. − Xác định nồng độ khí H2S và NH3 sinh ra từ quá trình sấy thức ăn gia súc. − Lần lượt khảo sát hiệu quả hấp thu khí H2S và NH3 bằng chất oxy hóa mạnh như: KMnO4 và K2Cr2O7 với các nồng độ khác nhau. GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 3 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn − Đánh giá hiệu quả xử lý. GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 4 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ HYDRO SUNFUA H2S VÀ AMONIAC NH3 2.1.1 Khí hydro Sunfua H2S Trong các hợp chất khí của lưu huỳnh, khí H2S là một khí quan trọng vì ý nghĩa môi trường của nó. Khí H2S phát sinh chủ yếu từ quá trình phân hủy hữu cơ, có mùi hôi đặc trưng và gây ra nhiều tác hại đến sức khỏe con người, hệ động thực vật. Chính vì vậy, từ nhiều thập niên trước, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu về loại khí độc hại này. Kết quả của nhiều quá trình nghiên cứu đã chứng minh được nguồn gốc phát sinh, tính chất vật lý cũng như tác động đến môi trường của chúng: − Nguồn phát sinh: Trong công nghiệp, khí sunfua hydro xuất hiện trong khí thải các quá trình sử dụng nhiên liệu hữu cơ chứa sunfua, các quá trình tinh chế dầu mỏ, các quá trình tái sinh sợi, hoặc trong công nghiệp chế biến thực phẩm,… (Đặng Kim Chi, 2001). Ngoài ra, H2S còn phát sinh từ rác thải sinh hoạt, rác công nghiệp,… Trong tự nhiên, H2S có trong nước suối, bờ biển, ao tù, trong khí núi lửa, các hầm lò khai thác than, khí thoát ra từ các chất protein bị thối rữa,…(Phạm Ngọc Đăng, 2003). − Tính chất vật lý: Theo Lê Xuân Trọng (2007), hiđro sunfua là khí không màu, mùi trứng thối. H2S dễ bay hơi hơn so với nước, vì thực tế không tạo thành liên kết hiđro giữa các phân tử H2S. Khí H2S ít tan trong nước: ở 200C và 1at độ tan S = 0,38 g/100g nước. − Ý nghĩa môi trường: Khí H2S rất độc, chỉ cần nồng độ bằng 5 ppm đã gây ngộ độc, chóng mặt, nhức đầu. Ở nồng độ lớn hơn 150 ppm, có thể gây tổn thương màng nhầy của cơ quan hô hấp. Với nồng độ 500 ppm, gây viêm phổi và tiêu chảy. Tiếp xúc ngắn với khí hiđro sunfua ở nồng độ từ 700 – 900 ppm thì chúng sẽ nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi, xâm nhập vào mạch máu và gây tử vong (Đặng Kim Chi, 2001). Ngoài ra, hiđro sunfua còn làm tổn thương lá, rụng lá và làm giảm khả năng sinh trưởng của thực vật. 2.1.2 Khí Amoniac Amoniac là một loại khí độc, ảnh hưởng chủ yếu đến đường hô hấp. Từ xưa, người ta đã biết đến loại khí này vì chúng khá phổ biến trong cuộc sống thường nhật. Tính đến nay, ngoài các công trình khử ammoniac còn có rất nhiều nghiên cứu thu hồi để tổng hợp nên các loại phân bón cho cây trồng. − Nguồn phát sinh: Theo Đặng Kim Chi (2001), amoniac có trong hệ thống thiết bị làm lạnh, các nhà máy hóa chất sản xuất phân đạm, sản xuất axit nitric, các quá trình phân giải chất hữu cơ động thực vật,… − Tính chất vật lý: Amoniac là một khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (khối lượng riêng D = 0,76g/l). Amoniac hoá lỏng ở –340C và hoá rắn ở –780C. Trong số các khí, amoniac tan được nhiều nhất trong nước với 1 lít nước ở 200C hoà tan được khoảng 800 lít NH3 (Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, 2008). GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 5 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn − Ý nghĩa môi trường: Amoniac gây viêm đường hô hấp, gây loét giác mạc, thanh quản, khí quản. Đối với thực vật, ở nồng độ cao, NH3 gây bệnh trắng bạch, đốm lá, giảm tỉ lệ nảy mầm hạt giống và thân cây bị lùn. GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 6 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn 2.2 LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Hấp thụ là hiện tượng hòa tan một chất khí vào một chất lỏng. Quá trình ngược lại, chất khí tan tách khỏi chất lỏng gọi là quá trình giải hấp thụ. Theo Lương Đức Phẩm (2009), khả năng hấp thụ của một hệ phụ thuộc vào tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ. Khi tồn tại trong chất lỏng, chất bị hấp thụ xảy ra một phản ứng hóa học nào đó, dẫn đến thay đổi bản chất hóa học của nó thì hệ đó được gọi là hấp thụ hóa học. Nếu giữ nguyên bản chất thì hệ đó được gọi là hệ hấp thụ vật lý. 2.2.1 Quá trình hấp thụ Theo Trần Ngọc Chấn (2001), hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng rất nhiều trong các công nghệ khác. Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối, nghĩa là có sự vận chuyển của pha này vào pha khác. Cơ cấu của quá trình truyền khối này gồm 3 bước: − Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. − Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ. − Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu bên trong lòng khối chất lỏng hấp thụ. Lớp biên ngăn cách giữa các pha khí và lỏng gồm hai lớp: một lớp biên khí và một lớp biên lỏng được gọi là lý thuyết hai lớp biên (hai lớp màng). Hình 2.1: Hai lớp biên ngăn cách giữa pha khí và lỏng (Trần Ngọc Chấn, 2001) Để trao đổi một lượng khí thải vào chất lỏng hấp thụ, cần phải trao đổi các phân tử qua vùng ranh giới gọi là lớp biên. Các phân tử đi qua lớp biên từ cả hai phía, một số từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng. Cường độ trao đổi thực phụ thuộc vào các yếu tố tác động như: nhiệt độ, áp suất, nồng độ, độ hòa tan. Nồng độ phân tử khí phụ thuộc vào cả hai hiện tượng khuếch tán: GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 7 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn khuếch tán rối và khuếch tán phân tử. Thông thường, khuếch tán rối có tác dụng làm cho nồng độ phân tử được khuếch tán đều trong khối khí còn khuếch tán phân tử có tác dụng làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên. Ở phía chất lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như trên. Nếu các phân tử khí đi qua lớp biên và đi vào chất lỏng có phản ứng hóa học với chất lỏng hoặc được giữ lại bằng các quá trình vật lý làm cho chúng không thể quay lại khối khí thì cường độ hấp thụ thực của khí vào chất lỏng sẽ tăng. Cường độ trao đổi chất từ pha này qua pha kia tỉ lệ thuận với diện tích tiếp xúc giữa hai pha. Do đó, trong tất cả các kỹ thuật hấp thụ đều được tính toán thiết kế sao cho diện tích tiếp xúc giữa hai pha là lớn nhất. 2.2.2 Tháp hấp thụ Tháp hấp thụ là dạng phổ biến dùng trong kỹ thuật hấp thụ cũng như một số quá trình khác như: giải nhiệt, xử lý theo phương pháp vi sinh,…Các loại tháp hấp thụ phổ biến là: Tháp màng, tháp đệm, tháp đĩa, tháp phun,…Theo nghiên cứu này, sẽ nghiên cứu xử lý khí thải trên mô hình ứng dụng của tháp đệm. a. Cấu tạo tháp đệm Thân tháp rỗng, bên trong đổ đầy đệm làm từ nhiều loại vật liệu đa dạng (gỗ, nhựa, kim loại, gốm,...) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo,...); lưới đỡ đệm; ống dẫn khí và lỏng vào ra. Hình 2.2: Cấu tạo tháp hấp thụ. Nguồn: safety.com/courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 8 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn b. Vật liệu đệm Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính, chiều cao, bề dày. Khối đệm được xác định bằng các kích thước: bề mặt riêng, thể tích tự do, đường kính. Khi chọn đệm cần lưu ý các yếu tố: Thấm ướt tốt chất lỏng, trở lực nhỏ, thể tích tự do và và tiết diện ngang lớn, khối lượng riêng nhỏ, phân phối đều lỏng, có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm... Hình 2.3: Vật liệu đệm. Nguồn: safety.com /courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân phối dạng: Lưới phân phối, màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe),… Hình 2.4: Hệ thống phân phối chất lỏng. Nguồn: safety.com /courses/MassTransfer/MassTransferLectures.htm c. Ưu, nhược điểm và ứng dụng Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ. Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm ướt. Ứng dụng: Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,... Trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không,...) GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 9 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn d. Vật liệu hấp thụ Tùy thuộc vào chất bị hấp thụ mà người ta chọn chất hấp thụ thích hợp. Theo Lương Đức Phẩm (2009), tiêu chí để lựa chọn chất hấp thụ gồm: Tính tan: Độ tan của chất bị hấp thụ càng cao, càng tốt trong vùng nhiệt độ mà chất hấp thụ sẽ hoạt động. Độ bay hơi: Chất hấp thụ được lựa chọn với khả năng bay hơi thấp, tốt nhất là thấp hơn 0,1 mmHg ở nhiệt độ thường để tránh ô nhiễm cho dòng khí làm sạch. Đối với chất hấp thụ là nước thì không cần tới tiêu chí này. Tính ăn mòn: Dung môi cần có tính ăn mòn thấp đối với vật liệu trong hệ hấp thụ. Không những dung môi cần có tính ăn mòn thấp mà còn phải bền đối với các chất bị hấp thụ hoặc các sản phẩm tạo thành từ phản ứng với các chất hấp thụ. Độ nhớt: Dung môi cần có độ nhớt thấp để tiết kiệm năng lượng bơm, giảm hao hụt áp suất, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình chuyển khối trong chất lỏng. Giá thành: Giá thành của chất hấp thụ luôn là mối quan tâm của hệ hấp thụ, đặc biệt là loại dung môi chỉ sử dụng một lần. Ngay cả khi sử dụng hệ hấp thụ tái sinh cũng phải quan tâm đến yếu tố này vì: tiêu hao do nhiệt độ, áp suất, rò rỉ hoặc vệ sinh thiết bị. 2.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ H2S VÀ NH3 2.3.1 Cơ sở lý thuyết a. Hấp thụ H2S bằng NaOH Nền tảng của phương pháp này là khí H2S kết hợp với NaOH theo phản ứng sau đây: H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (a) H2S + Na2S = 2NaHS Na2S +H2O = NaOH + NaHS Song song với các phản ứng trên, NaOH còn có tác dụng với cacbonic: CO2 + NaOH = NaHCO3 NaHCO3 +NaOH = Na2CO3 + H2O Ngoài phản ứng khử H2S, trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hoá Na2S thu được từ phản ứng (a) tạo thành natri hydrosunfua và hydrosunfit: Na2S + H2S = NaOH + NaHS (b) 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O (c) Về mặt bảo vệ môi trường, các phản ứng phụ (b) và (c) rất có ích vì chúng góp phần làm giảm nhẹ khâu xử lý dung dịch đã dùng trước khi thải ra hệ thống thoát nước. b. Khử NH3 và H2S bằng KMnO4 hay K2Cr2O7 GVHD: Ths Nguyễn Trần Nhẫn Tánh 10 Ks Trương Khanh Nhật Thảo Ks Phan Phước Toàn H2S là chất khử mạnh vì trong công thức phân tử S có số oxy hoá -2 nên có xu hướng nhường các điện tử. Lý thuyết hóa học đã chứng minh, một chất khử mạnh rất dễ dàng mất các điện tử. Hạt nhân của nguyên tử thu hút các điện tử quỹ đạo của nó. Đối với các nguyên tố có bán kính nguyên tử tương đối lớn thì khoảng cách từ hạt nhân tới các điện tử lớn hơn và lực hút của nó cũng yếu hơn. Do vậy, các nguyên tố này có xu hướng thể hiện tính khử cao hơn. Tiêu chuẩn đánh giá một chất trong việc dễ hay khó bị oxy hóa được gọi là thế oxy hóa. Một chất khử là mạnh hơn khi nó có trị số thế oxy hóa lớn hơn và ngược lại. Mặt khác, KMnO4 hay K2Cr2O7 là các chất oxy hóa mạnh nên dễ dàng nhận các điện tử để cân bằng điện thế. Các nguyên tử hay một hợp chất hóa học bất kỳ luôn có xu hướng cân bằng điện tử. Vì thế, khi một chất có xu hướng nhường electron (chất khử) gặp một chất có xu hướng nhận elctron (chất oxy hóa) thì phản ứng xảy ra mãnh liệt là điều tất yếu. Do đó, H2S dễ dàng bị oxy hóa bởi các chất oxy mạnh như KMnO4 hay K2Cr2O7. Theo Lương Đức Phẩm (2009), các chất mang mùi hôi thường có tính khử rất cao, dung dịch hấp thụ chứa chất oxy hóa là môi trường thích hợp để hấp thụ các chất có tính khử (như H2S và NH3). Vì vậy, xét về mặt lý thuyết, việc nghiên cứu khả năng loại bỏ H2S và NH3 trong khí thải bằng KMnO4 hay K2Cr2O7 có đủ cơ sở chứng minh cho hiệu quả xử lý khí thải. Tuy nhiên, cuối quá trình khử NH3 hay H2S bằng KMnO4 và K2Cr2O7 lại phát sinh chất thải không mong muốn như Cr3+ và Mn2+. Trên thực tế, không có một công trình xử lý chất thải nào không làm phát sinh chất thải thứ cấp. Nếu chất thải thứ cấp có công trình xử lý đạt tiêu chuẩn._.