Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương - Chương 3: Ô nhiễm không khí - Võ Thanh Hằng

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương - Chương 3: Ô nhiễm không khí - Võ Thanh Hằng

1. Chương 3: Ô nhiễm không khí 2 ❖Nội dung 3.1. Khái niệm 3.2. Chất lượng không khí 3.3. Các phương pháp xử lý bụi 3.4. Các phương pháp xử lý khí thải 3.5. Ví dụ tính toán
2. 3.1. Khái niệm 4 ❖Khí quyển photographed by the crew of the International Space Station while space shuttle Atlantis on the STS-129 mission was docked with the station
3. 3.1. Khái niệm 6 ❖Ô nhiễm không khí ▪ Sự hiện diện trong khí quyển một hay nhiều chất ô nhiễm như bụi, khói, khí, chất bay hơi làm thay đổi thành phần không khí sạch, có tác hại tới sức khoẻ cộng đồng, có nguy cơ gây tác hại tới động thực vật và vật liệu. ▪ Ở Việt Nam, không khí bị ô nhiễm khi các chất ô nhiễm trong không khí có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
4. 3.1. Khái niệm 8 ❖Nguồn gốc ▪ Tự nhiên ▪ Nhân tạo
5. 3.1. Khái niệm 10 ❖Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm không khí
6. 3.1. Khái niệm 12 ❖Nguồn nhân tạo gây ô nhiễm không khí ▪ Nguồn ô nhiễm sản xuất công nghiệp ▪ Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải ▪ Nguồn ô nhiễm sinh hoạt tiêu dùng
7. 3.1. Khái niệm 14 ❖Nguồn nhân tạo gây ô nhiễm không khí
8. 3.1. Khái niệm 16 ❖Tác hại của ô nhiễm không khí ▪ Đối với môi trường ▪ Đối với con người và động vật ▪ Đối với thực vật ▪ Đối với vật liệu ▪ Đối với cảnh quan
9. 3.1. Khái niệm 18 ❖Tác hại đối với con người và động vật STT CON Tác hại 1 CO Gây thiếu oxy do CO kết hợp với Hemoglobin trong máu 2 NOx Tác động đến mắt, mũi, cổ họng, phổi 3 SO2 Co thắt cơ mềm khí quản; tiết nước nhầy, viêm tấy thành khí quản, tăng sức cản, gây khó thở; co thắt nghiêm trọng 4 H2S Chảy nước mắt, viêm mắt, tiết nước nhầy, viêm toàn bộ tuyến hô hấp, tê liệu cơ quan khứu giác 5 Cl2 Khó chịu, chảy nước mắt/mũi, viêm mắt/mũi; viêm cổ họng, ho; tổn thương phổi; chết người 6 NH3 Khó chịu, cay mắt; viêm mắt, mũi, tai, họng; bỏng da, ngạt thở 7 O3 Gây viêm mắt, chảy nước nhầy đường hô hấp, khô cổ họng, đau đầu và rối loạn nhịp thở 8 Bụi Tác động đến mắt, da, hệ tiêu hóa và hệ hô hấp
10. 3.1. Khái niệm 20 ❖Tác hại đối với thực vật STT CON Tác hại 1 SO2 Tổn thương màng tế bào, các đốm nâu vàng trên lá, suy giảm khả năng quang hợp, cây chậm lớn, vàng úa, rồi chết NO2 Gây hại cục bộ, không tích lũy mãn tính 2 Flo Giống SO2, nhưng gây tác hại mãn tính và tích lũy 3 H2S Gây hại đối với sự phát triển của mầm, chồi cây 4 Cl2 Tương tự như SO2 và O3, mức độ độc hại của Cl2 cao hơn gấp 3 lần so với SO2, gây bạc trắng lá cây, giảm quang hợp 5 NH3 Gây hại cục bộ, ngưng trệ quá trình quang hợp, bệnh bạc, cháy HCl lá, giảm quá trình hô hấp của cây 6 O3 Là chất oxy hóa mạnh, gây tác hại ban ngày lẫn ban đêm 7 Bụi Ảnh hưởng đến quang hợp, hô hấp, trao đổi khí
11. 3.1. Khái niệm 22 ❖Tác hại đối với vật liệu ▪ Kim loại: han gỉ, mài mòn ▪ Vật liệu xây dựng: rửa trôi, mài mòn ▪ Sơn: mài mòn, phai màu, phân hủy ▪ Vật liệu dệt: giảm độ bền, hư màu, đen, bẩn ▪ Vật liệu điện, điện tử: ảnh hưởng điện trở ▪ Da thuộc: SO2 làm giảm độ bền, độ dai ▪ Cao su: O3 làm cao su cứng giòn
12. 3.2. Chất lượng không khí 24 ❖Nội dung ▪ Nồng độ ▪ Đánh giá chất lượng không khí ▪ Giám sát chất lượng không khí ▪ Phát thải ô nhiễm ▪ Chỉ tiêu chất lượng không khí ▪ Tiêu chuẩn liên quan
13. 3.2. Chất lượng không khí 26 ❖Đánh giá chất lượng không khí ▪ Để đánh giá chất lượng không khí đối với từng chất ô nhiễm riêng biệt chúng ta có thể dựa theo hệ số k. ▪ Hệ số k được tính như sau: ki = Ci/Ctcmt ▪ Trong đó: ▪ Ci : nồng độ chất ô nhiễm được đo tại vị trí i, ▪ Ctcmt : tiêu chuẩn môi trường cho phép của chất ô nhiễm ngoài không khí.
14. 3.2. Chất lượng không khí 28 ❖Giám sát chất lượng không khí ▪ Mục tiêu: ▪ Xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển ▪ Phát hiện tình trạng ô nhiễm ▪ Phục vụ cho công tác quy hoạch môi trường  Bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo phát triển bền vững
15. 3.2. Chất lượng không khí 30 ❖Phát thải ô nhiễm ▪ Để xác định thành phần, tính chất, lượng phát thải, nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải, người ta thường: ▪ Đo đạc trực tiếp tại nguồn ▪ Tham khảo các nhà máy, xí nghiệp tương tự ▪ Tham khảo từ số liệu của các cơ quan bảo vệ môi trường ▪ Tính toán từ cân bằng vật chất
16. 3.2. Chất lượng không khí 32 ❖Phát thải ô nhiễm từ nhà máy nhiệt điện Loại nhiên liệu Lượng khí độc hại, g/MJ NOx SO2 Tro bụi Hydrocarbon (CH4) Than đá - Có chứa bitum 3,36 6,38 Sp (0,5 – 2,7)Ap 0,034 - Chỉ là antraxit 3,63 6,89 Sp (0,5 – 2,7)Ap 0,036 Nhiên liệu lỏng 3,15 4,75 Sp 0,24 0,097 Khí thiên nhiên 1,77 0,002 0,068 Vết Nhiệt năng của nhiên liệu: than (Qp = 2,83×104 MJ/tấn); nhiên liệu lỏng (Qp = 0,60 MJ/m3); khí thiên nhiên (Qp = 0,28 MJ/m3). Sp, Ap: tỷ lệ phần trăm trọng lượng của các thành phần lưu huỳnh và tro có trong nhiên liệu.
17. 3.2. Chất lượng không khí 34 ❖Chỉ tiêu chất lượng không khí ▪ Theo tiêu chuẩn và quy chuẩn quốc gia hiện hành ▪ Một số chỉ tiêu thường gặp: ▪ Lưu lượng dòng khí ▪ Nhiệt độ dòng khí ▪ Bụi: bụi tổng, bụi lơ lững, PM10, PM2.5 ▪ Các chất vô cơ: SO2, CO, NOx, HCl, NH3, . ▪ Các hợp chất hữu cơ: hydrocarbon, các hợp chất chứa O, N, P, S, Cl,
18. 3.2. Chất lượng không khí 36 ❖QCVN 19:2009 và 20:2009
19. 3.2. Chất lượng không khí 38 ❖QĐ 3733-2002 BYT
20. 3.3.1. Xử lý bụi bằng phương pháp khô 40 ❖Phương pháp xử lý bụi khô ▪ Buồng lắng bụi ▪ Thiết bị lắng quán tính ▪ Cyclone ▪ Thùng lọc bụi túi vải
21. 3.3.1. Xử lý bụi khô 42 ❖ Buồng lắng bụi ▪ Ưu điểm ▪ Có thể thu gom các hạt bụi có kích thước > 10 µm, ▪ Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, ▪ Chi phí vận hành và bảo trì thấp, ▪ Thường được sử dụng để làm sạch sơ bộ, ▪ Nhược điểm ▪ Buồng có kích thước lớn, thiết bị cồng kềnh, ▪ Khó dọn vệ sinh, ▪ Vận tốc dòng khí nhỏ 1 -2 m/s, ▪ Chỉ xử lý hiệu quả với các hạt > 50 µm, không xử lý được hạt bụi < 5 µm, ▪ Hiệu quả thường chỉ đạt < 70%
22. 3.3.1. Xử lý bụi khô 44 ❖Thiết bị lắng quán tính ▪ Ưu điểm ▪ Trở lực nhỏ, ▪ Khả năng lắng cao hơn buồng lắng ▪ Nhược điểm ▪ Hiệu quả không cao, ▪ Khoảng 65 – 80% khi bụi có kích thước 24 – 30 µm
23. 3.3.1. Xử lý bụi khô 46 ❖ Cyclone ▪ Ưu điểm ▪ Không có phần chuyển động → tăng độ bền thiết bị ▪ Có thể làm việc ở áp suất cao và nhiệt độ cao (đến 500 oC) ▪ Thu hồi bụi ở dạng khô ▪ Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 -1500 N/m2) ▪ Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclon ▪ Hiệu suất không phụ thuộc vào nồng độ bụi ▪ Chế tạo đơn giản, năng suất cao, rẻ ▪ Nhược điểm ▪ Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước < 5 µm ▪ Không thể thu hồi bụi kết dính
24. 3.3.1. Xử lý bụi khô 48 ❖Thùng lọc bụi túi vải ▪ Ưu điểm ▪ Hiệu quả cao (99%) ▪ Phù hợp với các loại bụi có đường kính nhỏ ▪ Nhược điểm ▪ Giá thành đầu tư và quản lý cao ▪ Đòi hỏi những thiết bị tái sinh vải lọc, giũ bụi ▪ Độ bền của thiết bị lọc bụi thấp và thường dao động theo độ ẩm
25. 3.3.2. Xử lý bụi ướt 50 ❖Tháp phun Tách nước Nước Vòi phun Khí chứa bụi Lắng nước chứa bụi Nước thải
26. 3.3.2. Xử lý bụi ướt 52 ❖Thám mâm Mâm Mâm chóp hoặc mâm đục lỗ
27. 3.3.2. Xử lý bụi ướt 54 ❖Venturi Cyclon tách nước Venturi
28. 3.3.3. Xử lý bụi bằng phương pháp tĩnh điện 56 ❖Phương pháp xử lý bụi tĩnh điện ▪ Phương pháp khô ▪ Phương pháp ướt
29. 3.3.3. Xử lý bụi bằng phương pháp tĩnh điện 58 ❖Phương pháp tĩnh điện khô ❖Ưu điểm ▪ Có thể xử lý hạt bụi có kích thước từ 0.01 đến 1 µm, ▪ Hiệu quả xử lý cao, ▪ Vận hành đơn giản ❖Nhược điểm ▪ Giá thành cao ▪ Tiêu tốn lượng điện lớn ▪ Mức độ an toàn kém
30. 3.3.3. Xử lý bụi bằng phương pháp tĩnh điện 60 ❖Phương pháp tĩnh điện ướt ▪ Đối với bụi dễ cháy nỗ, bám dính và ăn mòn ▪ Sử dụng nước để rửa điện cực ▪ Đối với bụi có điện trở cao ▪ Hạt nước là hạt được tích điện
31. 3.4.1. Hấp thụ 62 ❖Giới thiệu ▪ Pha khí → pha lỏng ▪ 3 bước chính: ▪ Khuếch tán trong pha khí ▪ Hấp thụ từ pha khí vào pha lỏng ▪ Khuếch tán trong pha lỏng
32. 3.4.1. Hấp thụ 64 ❖Hấp thụ ngược chiều ▪ Được sử dụng rộng rãi nhất. ▪ Có động lực truyền khối cao. ▪ Có vấn đề về tổn thất áp lực và ngập lụt.
33. 3.4.1. Hấp thụ 66 ❖Thiết bị Tháp chảy tràn Tháp mâm
34. 3.4.1. Hấp thụ 68 ❖Ứng dụng ▪ NH3 ▪ SO2 and CO2 ▪ H2S, HCl, HF ▪ Cl2 ▪ Hơi thủy ngân ▪ Dung môi tan trong nước (acetone và methyl alcohol) ▪ Các khí gây mùi
35. 3.4.2. Hấp phụ 70 ❖Giới thiệu
36. 3.4.2. Hấp phụ 72 ❖Hệ thống hấp phụ không ổn định, lớp hấp phụ cố định
37. 3.4.3. Oxi hóa 74 ❖Các phương pháp oxy hóa ▪ Đốt bằng ngọn lửa ▪ Đốt trong buồng đốt ▪ Oxy hóa xúc tác
38. 3.4.3. Oxi hóa 76 ❖Đốt ngọn lửa hở trên cao
39. 3.4.3. Oxi hóa 78 ❖Buồng đốt thu hồi nhiệt
40. 3.4.3. Oxi hóa 80 ❖Ưu điểm của xúc tác ▪ Nhiệt độ thấp do sử dụng xúc tác ▪ Nhu cầu nhiên liệu và chi phí vận hành thấp ▪ Ít phát thải NOx và CO
41. 3.4.4. Khử 82 ❖Phương pháp khử ▪ Khử chọn lọc có xúc tác ▪ selective catalytic reduction ▪ SCR ▪ Khử chọn lọc không xúc tác ▪ Selective noncatalytic reduction ▪ SNCR
42. 3.4.4. Khử 84 ❖SNCR
43. 3.4.4. Khử 86 ❖SCR
44. 3.4.5. Ngưng tụ 88 ❖Giới thiệu
45. 3.4.5. Ngưng tụ 90 ❖Giới thiệu
46. 3.4.5. Ngưng tụ 92 ❖Ứng dụng ▪ Xử lý và thu hồi VOCs và HAPs ▪ Nồng độ > 5000 ppmv ▪ Hiệu quả xử lý từ 50 đến 90% ▪ Thường được dùng để: ▪ Làm thiết bị xử lý sơ bộ ▪ Thu hồi hơi từ quá trình nhả hấp
47. 3.4.6. Xử lý sinh học 94 ❖Ưu điểm ▪ Hoạt động hiệu quả và kinh tế đối với nồng độ thấp (< 100 - 1500 ppm tính theo CH4) ▪ Chi phí đầu tư và vận hành thấp, ▪ Chi phí bảo trì thấp, biofilter khá bền, vận hành an toàn, thân thiện với môi trường.
48. 3.4.6. Xử lý sinh học 96 ❖Bể lọc sinh học hở
49. 3.4.6. Xử lý sinh học 98 ❖Ứng dụng ▪ Xử lý VOCs, các chất độc vô cơ và hữu cơ, mùi ▪ Xử lý khí thải có nồng độ thấp
50. 10 3.5. Tính toán 0 ❖Bài 2: Nhà máy năng lượng sử dụng than để chuyển hóa khoảng 33% năng lượng than thành năng lượng điện. Nếu cần lượng điện đầu ra là khoảng 800 MW (1W = 1 J/s), ước tính thể tích tro sản sinh trong 1 năm nếu than sử dụng có nhiệt trị là 31.5 MJ/kg, hàm lượng tro khoảng 6.9%, tỷ trọng của tro là 700 kg/m3. Cho rằng 99.5% tro được xử lý bằng hệ thống xử lý ô nhiễm không khí và buồng đốt.
51. 3.5. Tính toán ❖Bài 4 3 3 Một m không khí có 80 µg/m SO2. Nhiệt độ và áp o suất không khí là 25 C và 1 atm. Tính nồng độ SO2 theo đơn vị ppm.