NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

MỤC LỤC MÁY NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

Trang

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN .................................................................................................................... i

LỜI CAM KẾT ........................................................................................................................... ii

LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................................ iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN..................................................................................................................... iv

MỤC LỤC ..................................................................................................................................  v

DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................................  vi

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ............................................................................................. vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................. viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI  ......................................................................................... 1

1.1 .... Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................  1

1.2 .... Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................... 5

1.3 .... Mục tiêu nghiên cứu của đề tài................................................................................... 5

1.4 .... Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................... 5

1.4.1 . Đối tượng nghiên cứu.................................................................................................... 5

1.4.2 . Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................... 5

1.5 .... Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 6

1.5.1 . Cơ sở phương pháp luận............................................................................................... 6

1.5.2 . Các phương pháp nghiên cứu cụ thể........................................................................... 6

1.6 .... Kết cấu của ĐATN........................................................................................................ 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI............................................................ 7

2.1..... Tổng quan về ô nhiễm không khí................................................................................. 7

2.2..... Đặc điểm của khí thải công nghiệp.............................................................................. 7

2.3..... Tác hại của các chất ô nhiễm..................................................................................... 11

2.4..... Tổng quan về các phương pháp xử lý khí thải......................................................... 15

2.5..... Khả năng ứng dụng của công nghệ plasma............................................................... 25

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................................ 27

3.1      Công nghệ plasma........................................................................................................ 27

3.2      Plasma phóng điện khí................................................................................................. 36

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ………….................................. 46

4.1..... Yêu cầu của đề tài và thông số thiết kế ..................................................................  46

4.2..... Phương hướng và giải pháp thực hiện...................................................................... 46

4.2.1.. Phương án một............................................................................................................. 47

4.2.2   Phương án hai.............................................................................................................. 48

4.2.3.. Phương án ba................................................................................................................. 49

4.3..... Phân tích và lựa chọn phương án.............................................................................. 49

4.4..... Trình tự công việc....................................................................................................... 50

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI............................ 51

CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ....................................................... 59

6.1..... Mô hình sau khi chế tạo.............................................................................................. 59

6.2..... Hoạt động thí nghiệm.................................................................................................. 60

6.3..... Kết luận......................................................................................................................... 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ 74

PHỤ LỤC 1 .................................................................................................................................  I

PHỤ LỤC 2 ...............................................................................................................................  II

PHỤ LỤC 3 ..............................................................................................................................  III

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1  Các chất ô nhiễm không khí trong khói thải lò hơi............................................. 8

Bảng 2.2  Hàm lượng các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi............................................. 9

Bảng 2.3  Thành phần khí thải động cơ diesel..................................................................... 10

Báng 2.4  Giới hạn tối đa cho phép....................................................................................... 10

Bảng 2.5  So sánh công nghệ.................................................................................................. 23

Bảng 2.6  Ưu điểm công nghệ plasma................................................................................... 24

Bảng 4.1  Giới hạn tối đa cho phép của bụi ........................................................................ 46

Bảng 5.1  Điều kiện để tạo ra tia lửa điện............................................................................ 60

Bảng 5.2  Nhiệt độ của một số loại plasma.......................................................................... 61

Bảng 6.1  Thông số thí nghiệm............................................................................................... 63

Bảng 6.2  Giá trị ban đầu của khí thải xe máy (%V).......................................................... 66

Bảng 6.3  Giá trị sau xử lý của khí thải xe máy (%V)........................................................ 67

Bảng 6.4  Giá trị ban đầu của khí thải nguyên liệu đốt lò hơi (%V)................................ 69

Bảng 6.5  Giá trị sau xử lý của khí thải mẩu công ty Phong Phú (%V)............................ 69

Bảng 6.6  Giá trị ban đầu của khí thải động cơ diesel (%V).............................................. 71

Bảng 6.7  Giá trị sau xử lý của khí thải động cơ diesel (%V)............................................ 71

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Trang

Sơ đồ 3.1  Sơ đồ mạch điện bộ nguồn phát plasma............................................................. 44

Hình 1.1    Khí thải của khu công nghiệp............................................................................... 1

Hình 1.2    Ảnh hưởng của ô nhiểm không khí...................................................................... 2

Hình 1.3    Khói bụi của thành phố.......................................................................................... 3

Hình 2.1    Khí thải lò hơi.......................................................................................................... 7

Hình 2.2    Khí thải động cơ xe buýt........................................................................................ 9

Hình 2.3    Khói thải động cơ xe máy.................................................................................... 10

Hình 2.4    Phương pháp thiêu hủy........................................................................................ 17

Hình 2.5    Quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ....................................... 20

Hình 2.6    Quy trình xử lý khí thải bằng công nghệ plasma............................................. 22

Hình 2.7    So sánh lưu đồ xử lý khí thải.............................................................................. 24

Hình 2.8    Mô hình thực nghiệm xử lý nước thải bằng công nghệ plasma...................... 25

Hình 2.9    Công nghệ plasma xử lý rác thải........................................................................ 26

Hình 3.1    Cơ chế phóng điện................................................................................................ 39

Hình 3.2    Công nghệ plasma................................................................................................. 45

Hình 4.1    Phương án một....................................................................................................... 48

Hình 4.2    Phương án hai........................................................................................................ 49

Hình 4.3    Phương án ba......................................................................................................... 50

Hình 5.1    Mô hình thực nghiệm hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma........ 52

Hình 5.2    Ống thủy tinh......................................................................................................... 53

Hình 5.3    Điện cực vonfram................................................................................................. 54

Hình 5.4    Tấm đế 1 khi thiết kế và gia công....................................................................... 54

Hình 5.5    Tấm đế 2 khi thiết kế và gia công....................................................................... 55

Hình 5.6    Tấm đế 3 khi thiết kế và gia công....................................................................... 55

Hình 5.7    Nhựa teplong......................................................................................................... 56

Hình 5.8    Gác điện cực khi thiết kế và gia công................................................................ 57

Hình 5.9    Chi tiết trục khi thiết kế và gia công.................................................................. 57

Hình 5.10  Vòng đệm cao su.................................................................................................. 58

Hình 5.11  Ngõ vào hệ thống khi thiết kế và gia công........................................................ 59

Hình 6.1    Hệ thống xử lý khí thải 12 ống........................................................................... 62

Hình 6.2   Bộ nguồn phát plasma........................................................................................... 63

Hình 6.3   Thí nghiệm xử lý mùi hôi, mùi tanh cá............................................................... 64

Hình 6.4   Xe máy Wave......................................................................................................... 65

Hình 6.5   Máy đo khí thải...................................................................................................... 65

Hình 6.6   Thí nghiệm xử lý khí động cơ xăng..................................................................... 66

Hình 6.7   Biểu đồ so sánh khí thải trước và sau xử lý của động cơ xăng....................... 67

Hình 6.8  Nguyên liệu đốt lò hơi........................................................................................... 68

Hình 6.9  Thí nghiệm xử lý khí với nguyên liệu đốt lò hơi.............................................. 68

Hình 6.10  Biểu đồ so sánh khí thải trước và sau xử lý của nguyên liệu lò hơi............. 70

Hính 6.11  Thí nghiệm trên khí thải động cơ Diesel........................................................... 70

Hình 6.12  Biểu đồ so sánh khí thải trước và sau xử lý của động cơ diesel.................... 72

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: 

Khoá: 

Ngành đào tạo: Cơ Khí Chế Tạo Máy                    Hệ Đại Học

1. Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Nội dung chính của đồ án:

1. Tìm hiểu về thành phần khí thải công nghiệp
2. Nghiên cứu công nghệ xử lý khí trên thị trường,
3. Tìm hiểu công nghệ plasma,
4. Nghiên cứu thiết kế kết cấu buồng plasma,
5. Chế tạo và lắp ráp mô hình thực nghiệm,
6. Điều chỉnh mô hình thực nghiệm và chạy thử mô hình,
7. Lấy mẫu khí thải công nghiệp, thử nghiệm, phân tích đánh giá và hiệu chỉnh hệ thống.

4. Ngày giao đồ án:  4/ 2016

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nước ta là một nước trong đà phát triển đi theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Với vị trí địa lý thuận lợi cộng với tình hình chính trị ổn định, nước ta là nơi thu hút các công ty và tập đoàn ngoài nước đầu tư. Đặc biệt trong những năm gần đây, tốc độ công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra nhanh, đi kèm với đó là một hệ quả tất yêu về sự ô nhiễm  môi trường. Hiện nay, hệ thống khí thải từ các khu công nghiệp đang ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người trên diện rộng. Nhược điểm của các phương pháp xử lý hiện tại là hiệu suất thấp, giá thành cao và ít ổn định.

 Trong phần nghiên cứu này, hệ thống xử lý mới bằng công nghệ plasma đã được thiết kế và chế tạo để giải quyết các nhược điểm trên. Hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ bằng plasma được đánh giá bằng ba nguồn khí thải khác nhau, từ viên nén mùn cưa dùng trong lò hơi, từ động cơ xăng và từ động cơ diesel. Kết quả xử lý chỉ ra rằng, hiệu suất xử lý của khí CO, CO₂, HC và NO_x từ 20% đến 80% phụ thuộc vào nguồn khí thải, loại khí, và điều kiện xử lý. Từ việc so sánh giữa công nghệ hiện tại và công nghệ plasma, hệ thông xử lý bằng công nghệ plasma là nhỏ gọn, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và rẽ tiền

Luận văn này thực hiện với mong muốn được góp một phần bé nhỏ vào việc hạn chế sự ô nhiễm ngày càng trầm trọng của môi trường sống chúng ta.

ABSTRACT

      Vietnam has made significant development progress over the past decade and has increasingly integrated into the world economy. Particularly, Vietnam has become more attractive to foreign investors and its foreign exchange reserve has dramatically increased through export revenues, and overseas labor remittances when it joined the World Trade Organization (WTO).

      In general, by joining WTO, Vietnam has more opportunities for its economic development and integration. The release gas from industrial zone has been strongly negative affected to human life in large area. The disadvantages of the currently treatment system are low treatment efficiency, costly and unstable. In this study, the novel treatment dusty gas system using plasma discharge was designed and developed to solve the above disadvantages. Three release gases from difference sources were used for testing. The result shows that the treatment efficiency of CO, CO₂, HC và NO_x gases in three release gas types is from 20% to 80% dependence on the gas type, gas release source, and treatment condition. From the comparison between traditional and plasma technology, plasma system is portable, simple, high efficiency and cheap.

      This knowledge and results from the associated analysis is useful in limiting the level of pollution of our environment

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:^[1]

• Hiện nay, ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề cấp bách và quan trọng không chỉ của riêng một quốc gia mà còn là vấn đề của toàn nhân loại. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt và thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: Chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Hơn thế nữa, không khí ô nhiễm dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu khiến băng tan làm mực nước biển nhấn chìm nhiều thành phố, làm đất đai nhiễm mặn nên không canh tác được, gây nên thiên tai lũ lụt.

Hình 1.1 Khí thải của khu công nghiệp ^[9]

• Nhìn chung, khí thải của nhà máy và các khu công nghiệp chủ yếu gồm các thành phần độc hại như: SO₂, NO_x, CO, CO₂, NH₃… Các chất này sau khi đi vào cơ thể con người hay thực vật hấp thụ vào đều gây ra độc tính rất cao. Điển hình là khí SO₂, NO_x nếu hít thở trong vòng 30 phút đến 1 giờ với hàm lượng 1.000-1.300mg/m³ sẽ gây tử vong, khí Ôxít cacbon (CO) kết hợp với hemoglobin (Hb) trong máu thành hợp chất bền vững là cacboxy hemoglobin (HbCO) làm cho máu giảm khả năng vận chuyển ôxy dẫn đến thiếu ôxy trong máu rồi thiếu ôxy ở các tổ chức, khí NH₃ là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên mũi, miệng và hệ thống hô hấp, nếu tiếp xúc với NH₃ ở nồng độ 1.500 – 2.000 mg/m³ trong thời gian 30 phút sẽ nguy hiểm đối với tính mạng ^[1].Với những hậu quả nghiêm trọng để lại cho con người như vậy thì việc nghiên cứu và tìm ra các công nghệ xử lý khí thải là vấn đề bức thiết.
• Theo thống kê cho thấy hàng năm con người thải ra môi trường tới:
• 20 tỉ tấn cacbon dioxit 
• 1,53 triệu tấn SiO₂ 
• Hơn 1 triệu tấn niken 
• 700 triệu tấn bụi 
• 1,5 triệu tấn asen 
• 900 tấn coban 
• 600.000 tấn kẽm (Zn), hơi thuỷ ngân (Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại khác

Hình 1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí ^[10]

• Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sống của con người và các sinh vật sống trên trái đất. Nó tạo ra các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng. Đồng thời con người cũng đã tạo ra hiệu ứng nhà kính thông qua việc thải vào khí quyển những chất khí độc hại quá nhiều. Nhất là khí CO₂ đóng góp rất lớn vào việc gây ra hiệu ứng nhà kính. Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan Keckes). Có nhiều khả năng lượng CO₂ sẽ tăng gấp đôi vào nửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng. Nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60°C (G.I.Plass), và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30°C.
• Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Thế nhưng ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng chỉ tác động tới thiên nhiên mà nó còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người.

Hình 1.3Khói bụi của thành phố ^[11]

• Ngày nay, công nghiệp hóa phát triển ngày càng mạnh mẽ, quá trình đô thị hóa càng được mở rộng thì nguồn thải gây ô nhiễm không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí ngày càng quan trọng.
• Trước những vấn đề nêu trên, việc kiểm soát ô nhiễm không khí càng trở nên cấp thiết hơn. Vấn đề ô nhiễm không khí trở thành vấn đề phải nhanh chóng và sớm được giải quyết, nó đã được đưa ra từ rất sớm, và trên thị trường hiện nay cũng có rất nhiều công nghệ xử lý khí đang được các nhà máy và xí nghiệp sử dụng, điển hình là công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ và hấp phụ. Nhìn chung, cả haicông nghệ này đều có những khuyết điểm nhất định như phụ thuộc rất lớn vào sự ổn định của lưu lượng khí thải nhà máy, hệ thống cồng kềnh và chi phí vận hành cao, không thể sử dụng với nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao, quá trình xử lý thường phải thực hiện theo phương pháp gián đoạn. Với những khuyết điểm của công nghệ hiện tại ở trên, việc tìm ra công nghệ xử lý khí thải thân thiện với môi trường và chi phí thấp là rất quan trọng.
• Xuất phát từ những lý do trên đây, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài của mình là “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm xử lý khí thải công nghiệp bằng công nghệ plasma” nhằm: 

ü  Trình bày một cách khái quát về thực trạng, tính cấp thiết của sự ô nhiễm môi trường không khí hiện nay. Qua đó giúp mọi người hiểu rõ hơn về thực trạng, nguyên nhân, tác hại của ô nhiễm môi trường không khí đối với sự sống của nhân loại. Để từ đó mọi người có ý thức hơn trong việc bảo vệ môi trường không khí.

ü  Đồng thời đưa ra một số kiến nghị, giải pháp nhằm làm giảm thiểu, xử lý, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường không khí nói riêng hiện nay.

ü  Thử nghiệm, ứng dụng công nghệ mới thân thiện với môi trường và mang tính kinh tế.

1.2Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :

• Ô nhiễm không khí là sự xuất hiện một hoặc nhiều chất có nồng độ đủ lớn và thời gian tồn tại đủ dài làm biến đổi môi trường không khí theo hướng bất lợi cho sức khỏe con người, sự sinh trưởng và phát triển của động thực vật.
• Chất gây ô nhiễm môi trường không khí là những chất mà sự có mặt của nó trong không khí gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sự sinh trưởng và phát triển của động thực vật.

Þ    Với những vấn đề về sự ảnh hưởng của ô nhiễm không khí như đã nêu thì đề tài của em càng mang ý nghĩa thực tiễn,giúp môi trường sống của chúng ta sẽ trong sạch và tốt hơn.Trong tình hình công nghiệp hóa và hiện đại hóa như hiện nay ở nước ta, việc không ngừng tìm hiểu và nghiên cứu tìm ra các công nghệ mới là rất cần thiết.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài:

Trong bối cảnh nêu trên, việc nghiên cứu một công nghệ xử lý mới để giúp cho rút ngắn thời gian cũng như tiền bạc trong vần đề xử lý khí của những công ty được tốt hơn là cấp thiết.Mục đích của luận văn “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm xử lý khí thải công nghiệp bằng công nghệ plasma”là nhằm nâng cao hiệu quả và áp dụng khoa học kỹ thuật mới trong công nghiệp.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1       Đối tượng nghiên cứu:

• Thực tại ô nhiễm không khí do các khí thải từ khu công nghiệp.
• Khí thải lò hơi, động cơ diezel và động cơ xăng.
• Các công nghệ xử lý khí trong nước và ngoài nước hiện nay.
• Công nghệ plasma về xử lý khí thải.

1.4.2       Phạm vi nghiên cứu:

• Không đi sâu vào phân tích các phương pháp xử lý khí trước đây.
• Giải quyết vấn đề xử lý các loại khí độc hại như: CO, CO₂, HC, NO_x.

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

• Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết ứng dụng. Khảo sát và đánh giá lượng và loại khí thải, xác định các thông số cần thiết cho việc thiết kế. Tìm hiểu các công nghệ xử lý khí hiện có ở trong nước và ngoài nước từ đó đề xuất nguyên lý làm việc của thiết bị, vận dụng các kiến thức đã được trang bị để tính toán thiết kế các chi tiết chủ yếu.
• Sau khi đã xác định chính xác nội dung của đề tài, tác giả sẽ tập trung thu thập tài liệu dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn. Đồng thời thu tập tài liệu từ thầy cô, bạn bè, các thế hệ đàn anh đi trước, các tạp chí khoa học công nghệ chuyên ngành, đặt biệt là trên internet… Học hỏi các kiến thức trong quá trình giảng dạy và trong quá trình sản xuất để đảm bảo cho việc cập nhật dữ liệu khi xây dựng đề tài.
• Sử dụng phần mềm Pro, Autocad,…
• Đề tài được thực hiện trên cơ sở chế tạo mô hình thực nghiệm để tiến hành các thí nghiệm cần thiết, từ đó rút ra các thông số chính xác cho công nghệ

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận:

Cơ sở của việc nghiên cứu đề tài là dựa trên những thành công từ việc dùng plasma xử lý nước thải. Các tia plasma có khả năng ion hóa rất cao, chúng sẽ giúp ion hóa các khí độc hại thành các phân tử có thể thải ra môi trường.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:

Áp dụng phương pháp thử nghiệm nhiều lần để tìm ra cách tốt nhất giải quyết vấn đề khí thải công nghiệp hiện nay.Bằng việc cho các yếu tố có liên quan không đổi và giải quyết một yếu tố phụ thuộc vào một yếu tố khác.

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp:

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm bảy chương, trong đó chương một và hai là giới thiệu tổng quát về đề tài đang nghiên cứu, chương ba là cơ sở lý thuyết, chương bốn là phương hướng và giải pháp, chương năm là tính toán lý thuyết, chương sáu là chế tạo thử nghiệm và chương bảy là phần kết.

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Tổng quan về xử lý ô nhiễm không khí:

• Không khí trong thời đại chúng ta ngày càng ô nhiễm nặng nề. Cháy rừng, núi lửa, bụi sản xuất công nghiệp (sản xuất xi măng, chế biến gỗ, sản xuất hóa chất, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất hóa chất…), khí thải của các lò hơi, lò đốt, động cơ xe máy, xe ô tô... tất cả đã và đang gây ảnh hưởng nặng nề đến môi trường sống con người như hiện tượng nóng lên toàn cầu khiến băng tan làm mực nước biến nhấn chìm nhiều thành phố, làm đất đai nhiễm mặn không canh tác được, gây nên thiên tai, bệnh tật cho con người.
• Để con cháu đời sau chúng ta không phải gánh những thảm họa từ thiên nhiên, chúng ta phải có những hành động xử lý ô nhiễm không khí để bảo vệ môi trường.

2.2 Đặc điểm khí thải công nghiệp:

2.2.1 Khí thải lò hơi:

Hình 2.1 Khí thải lò hơi ^[13]

Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt cho các thiết bị công nghệ qua môi chất dẫn nhiệt là hơi nước cao áp. Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau, hiện nay trong các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh thường dùng ba loại nhiên liệu đốt lò chính là gỗ, củi, than đá hoặc dầu FO. Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng.

Bảng 2.1 Các chất ô nhiễm không khí trong khói thải lò hơi

2.2.1.1Đặc điểm khí thải lò hơi đốt củi:

• Lò hơi đốt củi đang có xu hướng ít dần vì chủ trương quản lý rừng chặt chẽ của nhà nước, và thực tế dùng gỗ để đốt lò hơi là quá lãng phí. Hiện tại củi đốt lò hơi thường là loại gỗ không còn dùng được vào việc gì khác.
• Quá trình củi cháy trong lò hơi là quá trình cháy lớp nhiên liệu rắn trong buồng đốt. Không khí cần cho sự cháy được quạt vào dưới mặt ghi và đi lên trên tham gia vào quá trình cháy. Khí cháy có nhiệt độ cao đi qua các hàng ống lửa của lò, sau khi truyền nhiệt cho áo nước bên ngoài làm nước sinh hơi, khói lò được gom thải ra ngoài qua ống khói.
• Dòng khí thải ra ở ống khói có nhiệt độ vẫn còn cao khoảng 120 – 150^oC, phụ thuộc vào cấu tạo lò. Thành phần của khí thải bao gồm các sản phẩm cháy của củi, chủ yếu là các khíCO₂, CO, N₂, kèm theo một ít các chất trong củi không kịp cháy hết, oxy dư và tro bụi bay theo dòng khí. Khi đốt 1 kg củi sẽ sinh ra 4,23 m³ khí thải ở nhiệt độ 200^oC. Lượng bụi tro có trong khói thải chính là một phần của lượng không cháy hết và lượng tạp chất không cháy có trong củi, lượng tạp chất này thường chiếm tỷ lệ 1% trọng lượng củi khô. Bụi trong khói thải lò hơi đốt củi có kích thước hạt từ 500μm tới 0,1μm, nồng độ dao động trong khoảng từ 200-500 mg/m³.

2.2.1.2 Đặc điểm khí thải lò hơi đốt than đá:

• Lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo bụi, CO₂, CO, SO₂ , SO₃ và NO_x do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên. Hàm lượng lưu huỳnh trong than ≈ 0,5% nên trong khí thải có SO₂ với nồng độ khoảng 1.333 mg/m³.
• Lượng khí thải phụ thuộc vào mỗi loại than, với than An-tra-xít Quảng Ninh lượng khí thải khi đốt 1 kg than là V₀²⁰ ≈ 7,5 m³/kg.

2.2.1.3 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt dầu F.O

Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O có đặc điểm ô nhiễm các khí: CO₂, CO, NO_x, SO₂, SO₃ và hơi nước, ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng son khí mà ta thường gọi là mồ hóng. Tải lượng ô nhiễm của dầu F.O :

• Lượng khí thải: Lượng khí thải khi đốt dầu F.O ít thay đổi. Nhu cầu không khí cần cấp cho đốt cháy hết 1 kg dầu F.O là V₀²⁰ = 10,6 m³/kg, Lượng khí thải sinh ra khi đốt hết 1 kg dầu F.O là : V_c²⁰ ≈ 11,5 m³/kg ≈ 13,8 kg khí thải/ 1kg dầu.
• Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải : Với dầu F.O đúng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng độ các chất trong khí thải như trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Hàm lượng của các chất ô nhiễm trong ống khói lò hơi (mg/m³)

2.2.2       Khí thải động cơ Diesel:

Hình 2.2 Khí thải động cơ của xe buýt^[13]

Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng lượng cơ học.Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO₂ và H₂O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 2.3 sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 2.3 Thành phần khí thải động cơ Diesel

Hình 2.3 Khói thải động cơ của xe máy

2.2.3  Điều kiện để khí đạt yêu cầu:

Bảng 2.4: Giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp^[2]

• Phạm vi áp dụng:

ü  Tiêu chuẩn này quy định giá trị nồng độ tối đa của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp (tính bằng mg/m³ khí thải) khi thải vào không khí xung quanh. 

ü  Khí thải công nghiệp nói chung trong tiêu chuẩn này là khí và khí có chứa bụi do các quá trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động khác tạo ra.

ü  Tiêu chuẩn này áp dụng để kiểm soát nồng độ các chất vô cơ và bụi trong thành phần khí thải công nghiệp trước khi thải vào không khí xung quanh.

• Giá trị giới hạn:

ü  Danh mục và giá trị giới hạn nồng độ của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp khi xả vào khí quyển phải phù hợp với quy định trong bảng.

ü  Giá trị giới hạn ở cột A áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động.

ü  Giá trị giới hạn ở cột B áp dụng cho tất cả các cơ sở kể từ ngày cơ quan quản lý môi trường quy định.

ü  Đối với khí thải của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ đặc thù, khi thải vào khí quyển phải theo quy định ở các tiêu chuẩn riêng.

Chú thích: Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán để xác định giá trị nồng độ các thành phần vô cơ và bụi cụ thể trong khí thải công nghiệp được quy định trong các TCVN tương ứng.

2.3 Tác hại của các chất ô nhiễm: ^[3]

vKhí thải công nghiệp chủ yếu bao gồm các loại khí độc hại như: CO₂, CO, HC, NO_x… gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.

2.3.1 Tác hại của khí NO_x:

• Nitơ dioxit (NO₂) là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện được vào khoảng 0,12 ppm. NO₂ là khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp, nó tác động đến thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng.
• Khí NO_x với nồng độ 100 ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau một số phút tiếp xúc. Và với nồng độ 5 ppm sau một số phút tiếp xúc có thể dẫn đến ảnh hưởng xấu đối với bộ máy hô hấp. Con người tiếp xúc lâu với khí NO_x khoảng 0,06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi.
• Một số thực vật có tính nhạy cảm đối với môi trường sẽ bị tác hại khi nồng độ NO_x khoảng 1 ppm và thời gian tác dụng trong khoảng một ngày, nếu nồng độ NO_x nhỏ khoảng 0,35 ppm thì thời gian tác dụng là một tháng.
• NO_x cũng góp phần vào sự hình thành những hợp chất như các tác nhân quang hóa và tạo axit, tính chất quan trọng của nó trong phản ứng quang hoá là hấp thụ bức xạ tử ngoại đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành khói quang học, có tác dụng làm phai màu thuốc nhuộm vải, làm hư hỏng vải bông, và nylon, làm han gỉ kim loại và sản sinh ra các phân tử  nitrat làm tăng sự tích tụ của hạt trong không khí. Ngoài ra, NO_x là chất góp phần gây thủng tầng Ozone.

2.3.2  Tác hại của hydrocacbon (HC):

• Hơi dầu có chứa các chất hydrocacbon nhẹ như metan, propan, butan, sunfua hydro.
• Giới hạn nhiễm độc của các khí như sau:

                  Metan                  60-95 %

                  Propan                  10 %

                  Butan                   30 %

                  Sulfua hydro            10 ppm

• Tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam năm 1977 quy định tại nơi lao động: dầu xăng nhiên liệu là 100mg/m³, dầu hỏa là 300mg/m³. TCVN 5938-2005 quy định nồng độ xăng dầu trong không khí xung quanh tối đa trong 1 giờ là 5mg/m³.
• Nồng độ hơi xăng, dầu từ 45% (thể tích) trở lên sẽ gây ngạt thở do thiếu ôxy. Triệu chứng nhiễm độc như say, co giật, ngạt, viêm phổi, áp xe phổi.
• Dầu xăng ở nồng độ trên 40.000 mg/m³ có thể bị tai biến cấp tính với các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, ở nồng độ trên 60.000 mg/m³ sẽ xuất hiện các cơn co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong.
• Người nhạy cảm xăng dầu: tác động trực tiếp lên da (ghẻ, ban đỏ, eczema, bệnh nốt dầu, ung thư da).
• Các hydrocacbon mạch thẳng như dung môi naphta; các hydrocacbon mạch vòng như cyclohexan; các hydrocacbon mạch vòng thơm như benzen, toluen, xylen; các dẫn xuất của hydrocacbon như cyclohexanol, butanol, axeton, etyl acetat, butyl acetat, metyletyl xeton (MEK) và các dẫn xuất halogen.
• Các hợp chất hữu cơ bay hơi (THC): Dưới ánh sáng mặt trời, các THC với NO_x tạo thành ozone hoặc những chất oxy hóa mạnh khác. Các chất này có hại tới sức khỏe (rối loạn hô hấp, đau đầu, nhức mắt), gây hại cho cây cối và vật liệu.

2.3.3       Tác hại của khí CO:

• Khí CO là loại khí không màu, không mùi và không vị, tạo ra do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu chứa cacbon. Con người đề kháng với CO rất khó khăn. Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với khí CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, cản trở oxy từ máu đến mô. Thế nên phải nhiều máu được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết. Một số nghiên cứu trên người và động vật đã minh hoạ những cá thể tim yếu ở điều kiện căng thẳng trong trạng thái dư CO trong máu, đặc biệt phải chịu những cơn đau thắt ngực khi lượng CO bao quanh nâng lên. Ở nồng độ khoảng 5ppm CO có thể gây đau đầu, chóng mặt. Ở những nồng độ từ 10ppm đến 250ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch, thậm chí gây tử vong. Người tiếp xúc với CO trong thời gian dài sẽ bị xanh xao, gầy yếu.
• Khí CO có thể bị oxy hoá thành cacbon dioxyt (CO₂) nhưng phản ứng này xảy ra rất chậm dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. CO có thể bị oxy hoá và bám vào thực vật và chuyển dịch trong quá trình diệp lục hoá. Các vi sinh vật trên mặt đất cũng có khả năng hấp thụ CO từ khí quyển. Tác hại của khí CO đối với con người và động vật xảy ra khi nó hoà hợp thuận nghịch với hemoglobin (Hb) trong máu.
• Hemoglobin có ái lực hoá học đối với CO mạnh hơn đối với O₂, khi CO và O₂ có mặt bão hoà số lượng cùng với hemoglobin thì nồng độ HbO₂ (oxi hemoglobin) và HbCO (caroxihemoglobin) có quan hệ theo đẳng thức Haridene như sau :

[HbCO]/[HbO₂]            =         M    *    P(CO)/P(O₂) .

• Ở đây P(CO) và P(O₂) là ái lực thành phần (hay nồng độ) khí CO và O₂, còn M là hằng số và phụ thuộc vào hình thái động vật. Đối với con người, M có giá trị từ 200 - 300. Hỗn hợp hemoglobin và CO làm giảm hàm lượng oxi lưu chuyển trong máu và như vậy tế bào con người thiếu oxy. Các triệu chứng xuất hiện bệnh tương ứng với các mức HbCO gần đúng như sau :
• 0,0 - 0,1 : không có triệu chứng gì rõ rệt, nhưng có thể xuất hiện một số dấu hiệu của stress sinh lý.
• 0,1 - 0,2 : hô hấp nặng nhọc,  khó khăn
• 0.1 - 0.3 : đau đầu.
• 0,3 - 0,4 : làm yếu cơ bắp, buồn nôn và loá mắt.
• 0,4 - 0,5 : sức khoẻ suy sụp, nói líu lưỡi.
• 0,5 - 0,6 : bị co giật, rối loạn.
• 0,6 -0,7 : hôn mê tiền định.
• 0,8        : tử vong   
  • Thực vật ít nhạy cảm với CO hơn người, nhưng ở nồng độ cao (100 - 10.000 ppm) nó làm cho lá rụng, bị xoắn quăn, diện tích lá bị thu hẹp, cây non bị chết yểu. CO có tác dụng kềm chế sự hô hấp của tế bào thực vật.

• Các biện pháp giảm ô nhiễm,xử lý khí thải do khói lò hơi
  • Ngoài các biện pháp công nghệ, các biện pháp quản lý cũng đem lại hiệu quả rất lớn trong việc ngăn ngừa ô nhiễm khi sử dụng lò hơi. Ở quy mô tiểu thủ công nghiệp có thể áp dụng các biện pháp sau :
• Không bố trí ống khói lò hơi ở các vị trí bất lợi như ở phía trên gió đối với cửa sổ của các nhà cao.
• Không nhóm lò trong những giờ cao điểm có nhiều người tập trung; mồi lò bằng những nhiên liệu sạch dễ cháy như dầu lửa, dầu D.O, không dùng cao su, nhựa…
• Bố trí cửa mái hoặc hệ thống gương phản chiếu để người vận hành lò có thể nhìn thấy đỉnh ống khói.
• Đưa chỉ tiêu vận hành lò không có khói đen vào tiêu chuẩn khen thưởng.
• Giảm việc tái nhóm lò nhiều lần bằng cách xả hơi dư thay vì tắt lò.
• Không sơn ống khói bằng những màu gây kích thích thị giác như màu đen, đỏ.
• Hạn chế sử dụng các loại nhiên liệu xấu làm phát sinh nhiều bụi và hơi khí thải như các loại gỗ có vỏ lụa, gỗ có ngâm tẩm hóa chất, cao su, dầu F.O trôi nổi …
  • Yếu tố gây ảnh hưởng tới tải lượng ô nhiễm:
• Độ ẩm của than củi.
• Cung cấp lượng khí thổi vừa đủ.
• Định thời gian chọc xỉ hợp lý
  • Giảm bớt lượng bụi trong khí thải
• Các kết quả nghiên cứu cho thấy bụi trong khói thải lò hơi đốt củi và than có kích thước lớn, có thể dùng các loại buồng lắng bụi dưới tác dụng của lực quán tính và lực trọng trường.

2.4  Tổng quan về các phương pháp xử lý khí thải:

2.4.1       Mục đích của việc xử lý khí thải:

• Không khí đóng vai trò rất quan trọng đối với sinh vật nói chung và con người nói riêng. Thật vậy, con người có thể không ăn hoặc không uống trong nhiều ngày nhưng lại khó có thể nhịn thở trong vài phút. Lượng không khí cần thiết cho một người trong một ngày khoảng 14 kg (tương đương 12m³). Có thể thấy không khí gắn liền với sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của mọi sinh vật trên trái đất. Bên cạnh đó, không khí cũng có tác động không nhỏ đến chất lượng của các yếu tố môi trường khác (đặc biệt là không khí bị ô nhiễm) như làm thay đổi chất lượng nước hay tạo mưa axit gây chua đất…
• Tuy nhiên, hiện nay môi trường không khí đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Không khí bị ô nhiễm từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo, trong đó nguồn nhân tạo là nguyên nhân chính. Nguồn ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu là do các hoạt động công nghiệp và giao thông. Trong đó khí thải từ các hoạt động công nghiệp có chứa nhiều chất độc hại với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần. Vì vậy, mục đích của việc xử lý khí thải là loại bớt các chất ô nhiễm có trong khí thải đến mức có thể chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định trước khi thải ra môi trường nhằm hạn chế vấn đề ô nhiễm không khí đến mức thấp nhất.

2.4.2       Các công nghệ xử lý khí thải hiện nay:^[4]

• Xử lý khí thải là làm cho nồng độ các chất độc hại trong khí thải giảm tới mức độ tối thiểu trong phạm vi cho phép trước khi thải vào môi trường xung quanh hoặc để giữ lại những thành phần giá trị từ dòng khí đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục sử dụng.
• Các khí thải thuộc loại vô cơ như: SO₂, SO₃, H₂S, CO, CO₂, NO_x, HCl, HF…
• Các khí thải thuộc loại hữu cơ như: Aceton, acetylene, benzene, butan, các axit hữu cơ, các dung môi hữu cơ…
• Một số phương pháp xử lý khí thải độc hại:

2.4.2.1 Phương pháp thiêu hủy:

Phương pháp này thường dùng trong các trường hợp khi mà khí thải của các quá trình công nghệ không thể thu hồi hoặc tái sinh được. Phương pháp này có 2 loại: Có xúc tác và không có xúc tác.

• Thiêu hủy không có chất xúc tác được thực hiện khi đốt trực tiếp khí thải ở nhiệt độ cao: 800 đến 1000⁰C. Phương pháp này áp dụng đối với khí thải có nồng độ độc hại cao (vượt quá giới hạn bốc cháy) và có hàm lượng oxy đủ lớn. Có thể thiêu cháy khí thải ở trong các lò đốt khi cần tận dụng lượng nhiệt khá lớn tỏa ra.

Thiêu cháy có chất xúc tác cần diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và nhiệt độ đốt khoảng 250 đến 300⁰C. Trong phương pháp này thường sử dụng các bề mặt kim loại như: các dải băng bạch kim, đồng, crôm, niken …làm chất xúc tác. Làm sạch khí thải.....

..................................................................................

Hình 6.10 Biểu đồ so sánh khí thải trước và sau xử lý của nguyên liêu lò hơi

Þ    Ta nhận thấy sự giảm rõ rệt về %V của các khí CO₂, CO, NO_x đặc biệt là HC. Điều này cho ta kết luận rằng công nghệ plasma xử lý gần như đạt khí thải lò hơi của công ty dệt Phong Phú. Hiệu suất xử lý đạt cao nhất với HC 72%.

6.2.3 Thí nghiệm với động cơ diesel.

vChuẩn bị thí nghiệm

Hình 6.11 Thí nghiệm trên khí thải động cơ diesel

vTiến hành thí nghiệm:

ü  Khởi động động cơ diesel, thu khí từ ống khói (2) đi qua buồng plasma (3) để tiến hành đo khí trước xử lý ta được kết quả:

Bảng 6.6 Giá trị ban đầu của khí thải động cơ diesel (%V)

ü  Khởi động bộ nguồn (1) để xử lý khí. Đế hệ thống ổn định sau 10 phút và tiến hành đo ta được kết quả sau:

Bảng 6.7 Giá trị sau xử lý của khí thải động cơ diesel (%V)

vKết luận: Từ các kết quả trên ta rút ra được biểu đồ sau:

Hình 6.12 Biểu đồ so sánh khí thải trước và sau xử lý của động cơ diesel

Þ    Với khí thải động cơ diesel thì các thành phần CO, NO_x, HC đều giảm đáng kể. Riêng CO₂ không thay đổi gì. Hiệu suất xử lý đạt cao nhất với khí CO 75%.

6.3Kết luận:

Kết quả của quá trình xử lý khí thải từ việc đun viên nén mùn cưa của lò hơi, từ động cơ xăng và từ động cơ diesel với điều kiện xử lý đã nêu, ta thấy hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma có hiệu quả rất cao. Lượng khí CO, HC và NO_x của cả ba thí nghiệm đều giảm một lượng đáng kể.Tuy nhiên lượng khí CO₂ có lúc tăng. Hiện tượng này được giải thích là do sự kết hợp giữa Cacbon oxit và Oxy ở điều kiện kích thích cao. Đối với khí thải từ lò hơi, kết quả xử lý được trình bày ở bảng 6.5.Từ kết quả cho ta thấy lượng khí CO và CO₂ thải ra là tương đối ít và hiệu suất của trình xử lý là thấp.Hiệu suất của quá trình xử lý khí NO_x là đạt 42%.Tuy nhiên hiệu suất của quá trình xử lý của khí hydrocarbon là rất cao 72%.

Đối với khí thải từ động cơ xăng và từ động cơ diesel, kết quả xử lý được trình bày ở bảng 6.3 và 6.7.Từ kết quả cho ta thấy hiệu suất của quá trình xử lý của cả bốn loại khí thải CO, CO₂, HC và NO_x là khoảng 50%.Từ những kết quả trên ta có thể kết luận rằng, hiệu suất của quá trình xử lý khí thải bằng công nghệ plasma là cao.Tuy nhiên, hiệu suất xử lý thay đổi phụ thuộc vào từng nguồn khí thải. Vì vậy, để đạt hiệu suất cao nhất cho từng loại khí thải của từng nhà máy, điều kiện xử lý là rất quan trọng ví dụ như điện áp nguồn plasma, lưu lượng khí, kích thước buồng plasma,…