Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của tháp hấp thụ

Tháp hấp thụ đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát ô nhiễm khí thải công nghiệp, hướng tới mục tiêu loại bỏ các chất gây mùi như: H2S, NH3,… sinh ra trong quá trình sản xuất của nhà máy. Với nguyên lý hoạt động đơn giản, phương pháp mang đến hiệu quả cao trong nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, hóa chất, sản xuất xi măng, dầu khí, sản xuất điện, sản xuất phân bón,…

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ

Tháp hấp thụ xử lý khí thải có cấu tạo tương đối đơn giản, với các bộ phận chính gồm:

Thân tháp: Là nơi chứa vật liệu hấp thụ. Các vật liệu này được xếp chồng lên nhau tạo thành từng lớp. Những lớp hấp thụ này có độ dày mỏng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm thực tế của dòng khí.
Hệ thống phân phối khí: Nhiệm vụ chính là hệ thống phân phối khí là phân bổ khí thải đồng đều khắp bề mặt vật liệu, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm.
Hệ thống thu gom chất lỏng: Quy trình hoạt động của tháp hấp thụ diễn ra ở nhiều bước, khi nước thải từ quá trình hấp thụ chảy xuống đáy của tháp, chúng cần được thu gom để đưa đến giai đoạn xử lý tiếp theo. Do đó, hệ thống thu gom chất lỏng được ra đời.

Ngoài các chi tiết chính nêu trên, trong một hệ thống xử lý khí thải với tháp hấp thụ cần sử dụng thêm quạt, máy bơm, hệ thống điểu khiển,… Thông số kỹ thuật của các bộ phận được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo tính phù hợp với toàn hệ thống cũng như tình trạng thực tế của dòng khí.

Để có thể loại bỏ chất không mong muốn khỏi dòng khí, tháp hấp thụ vận hành theo nguyên lý hai pha ngược chiều có lớp đệm. Khí thải đi vào tháp lọc theo phương tiếp tuyến từ cửa hút khí bên dưới thân tháp xử lý khí thải. Dưới tác động của quạt thông gió, khí thải nhanh chóng lấp đầy không gian của phần cửa hút khí, sau đó lan đều qua phần cân bằng lưu lượng đến phần hấp thụ dạng tháp đệm giai đoạn đầu. Trên bề mặt của lớp đệm, chất có tính axit (hoặc kiềm) ở pha khí phản ứng với chất có tính bazơ (hoặc axit) ở pha lỏng, và sản phẩm phản ứng (chủ yếu là axit (kiềm) hòa tan) chảy vào bể chứa chất lỏng phía dưới thông qua rãnh dẫn chất lỏng hấp thụ.

Khí axit (hoặc kiềm) chưa được hấp thụ hoàn toàn tiếp tục bay lên khu vực phun ở tầng đầu tiên, khi đó, chất lỏng hấp thụ được phun ra từ các vòi phun phân bố đều với tốc độ cao, tạo thành vô số giọt sương nhỏ, được trộn lẫn hoàn toàn và tiếp xúc với khí, phản ứng hóa học tiếp tục diễn ra, sau đó khí axit (kiềm) bay lên lớp đệm và khu vực phun ở tầng tiếp theo thực hiện quá trình hấp thụ tương tự như giai đoạn đầu.

Giai đoạn thứ hai và giai đoạn thứ nhất có mật độ vòi phun khác nhau, áp suất phun khác nhau và phạm vi hấp thụ nồng độ khí axit (kiềm) khác nhau. Quá trình tiếp xúc giữa phần phun và lớp đệm đồng thời diễn ra quá trình truyền nhiệt và truyền khối. Bằng cách kiểm soát lưu lượng và thời gian lưu trú của tháp rỗng, tính đầy đủ và ổn định của quá trình này được đảm bảo. Phần trên của tháp xử lý khí thải là phần khử sương mù, nơi các giọt sương mù lỏng bị giữ lại trong khí được loại bỏ, và không khí sạch sau khi xử lý được thải ra khí quyển qua ống xả ở đầu trên của tháp hấp thụ.

Dung môi hấp thụ (chất lỏng hấp thụ) được sử dụng trong tháp hấp thụ xử lý khí thải có sự khác biệt dựa theo thành phần của dòng khí thải. Cụ thể:

Với dòng khí có chứa NH3, HCl hoặc Acetone, dung môi được sử dụng là nước;
Với SO2, CO2, H2S, Cl2, dung môi được sử dụng thường là dung dịch kiềm;
Để xử lý khí có tính kiềm, chất lượng được sử dụng cho tháp hấp thụ là dung dịch axit
Để tách H2S và CO2, chất lỏng hấp thụ được sử dụng là một loại dung môi đặc biệt (MEA, DEA). Trường hợp này thường xảy ra trong công nghiệp dầu khí.

Theo nguyên lý hoạt động nêu trên, tháp hấp thụ xử lý khí thải đạt được những hiệu quả đáng kể trong việc ử lý mùi, trở thành giải pháp hàng đầu của hệ thống xử lý khí thải công nghiệp hiện nay.

Đánh giá ưu và nhược điểm của tháp hấp thụ xử lý khí thải

Tháp hấp thụ hay bất kỳ phương pháp xử lý khí thải nào cũng đều tồn tại những ưu điểm và nhược điểm nhất định của mình, đòi hỏi kỹ thuật viên của như nhà quản lý doanh nghiệp cần nắm rõ, giúp quá trình ứng dụng và vận hành đạt được kết quả cao nhất.

Ưu điểm của tháp hấp thụ

So với các công nghệ xử lý khí thải khác, việc ứng dụng tháp hấp thụ xử lý khí thải nhận được những lợi ích sau:

Hiệu quả cao trong xử lý chất gây mùi

Như đã trình bay ở trên, tháp hấp thụ được hướng tới mục đích sử dụng là loại bỏ chất gây mùi tồn tại ở dạng khí. Thông qua quy trình xử lý tiên tiến, thấp hấp thụ có thể làm giảm nồng độ chất gây ô nhiễm xuống mức thấp nhất, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường.

Việc đánh giá hiệu quả làm việc của tháp hấp thụ xử lý khí thải được thực hiện trên việc đo lường mức độ chuyển hóa giữa các chất gây ô nhiễm vào dung môi. Một công thức hiệu suất đã được đưa ra giúp việc đánh giá được chính xác hơn. Cụ thể như sau:

Trong đó:

E: Hiệu suất loại bỏ chất thải

Cin: Nồng độ chất gây ô nhiễm ban đầu

Cout: Nồng độ chất gây ô nhiễm sau quá trình xử lý

Chi phí đầu tư và vận hành thấp

Một ưu điểm khác rất được các nhà đầu tư quan tâm khi tìm hiểu về tháp hấp thụ đó là chi phí. Thống kê thực tế đối với chi phí đầu tư ban đầu và phí vận hành của tháp hấp thụ xử lý khí thải tương đối thấp. Bên cạnh đó, doanh nghiệp cùng có thể tái sử dụng chất thải, thu hồi các sản phẩm có giá trị như H2S, CO2 để ứng dụng vào các mục đích khác.

Ứng dụng rộng rãi

Tháp hấp thụ phù hợp để xử lý khí thải thuộc nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chúng cũng dễ dàng kết hợp với phương pháp xử lý khác để đạt được hiệu quả làm sạch cao nhất. Các ngành công nghiệp điển hình ứng dụng tháp hấp thụ bao gồm:

Ngành luyện kim: Loại bỏ SO2, HF, HCl
Nhà máy sản xuất điện: Loại bỏ SO2, NOx, bụi,…
Ngành sản xuất hóa chất: Xử lý VOCs, NH3, H2S
Ngành sản xuất thực phẩm: Xử lý mùi và VOC
Ngành dược phẩm: Thu hồi dung môi hữu cơ bay hơi
Ngành sản xuất thực phẩm: Xử lý mùi và VOC
Ngành sản xuất xi măng và gốm xứ: Hỗ trợ thu gom bụi và khí thải độc hại như NH3, HF, HCl,…
Nhà máy thiêu hủy chất thải: Xử lý H2S, NH3, Hg

Nhược điểm

Bên cạnh ưu điểm, ứng dụng tháp hấp thụ xử lý khí thải cũng tồn tại những hạn chế nhất định. Điều này cần được xác định rõ để đề ra phương án hỗ trợ kịp thời:

Chỉ áp dụng với dòng khí thải có nồng độ chấp gây ô nhiễm ở mức độ thấp
Không phải ngành công nghiệp nào cũng phù hợp để xử lý khí thải với tháp hấp thụ. Mọi phương án cần được tính toán kỹ lưỡng, trước khi quyết định lắp đặt thiết bị.
Cần bảo trì thường xuyên và dễ bị ăn mòn bởi các chất hóa học
Tạo ra chất thải thứ phát, cần đến thiết bị xử lý phù hợp
Kích thước lớn, đòi hỏi mặt bằng lắp đặt rộng rãi

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành của tháp hấp thụ

Trong quá trình vận hành của tháp hấp thụ xử lý khí thải, các tác động bên ngoài có sự ảnh hưởng nhất định đến hiệu suất vận hành. Chúng bao gồm:

Tỷ lệ chất lỏng đối với dòng khí (L/G): Đây là tỉ lệ giữa dung môi hấp thụ (chất lỏng hấp thụ) so với dòng khí khí mà tạo ra những tác động khác nhau. Nếu tỉ lệ chất lỏng cao hơn, chúng sẽ làm tăng độ chênh lệch nồng độ, tuy nhiên, nếu tỉ lệ chất lỏng thấp hơn, tốc độ dòng chảy cao sẽ làm ngập tháp làm giảm hiệu suất xử lý.

Thời gian tiếp xúc

Thời gian tiếp xúc giữa dòng khí thải và lớp dung môi hấp thụ đủ dài sẽ giúp quá trình chuyển chất ô nhiễm từ thể khí sang thể lỏng diễn ra hiệu quả hơn, từ đó mang đến kết quả xử lý khí thải tốt hơn. Trong trường hợp thời gian tiếp xúc quá ngắn, quá trình khuếch tán và hòa tan của chất khí vào chất lỏng bị ảnh hưởng.

Lớp đệm

Lớp đệm còn được gọi và vật liệu đệm hay vật liệu đóng gói. Chúng thường có cấu trúc rắn và nằm trong bên trong tháp hấp thụ với 2 phân loại phổ biến gồm: Vật liệu ngẫu nhiên (vật thể nhỏ, được đổ ngẫu nhiên trong tháp) và vật liệu có cấu trúc (thường là các tấm lưới hoặc nhựa được xếp theo thứ tự chính xác). Dù sử dụng loại vật liệu đệm nào, chúng cũng giúp tối đa hóa diện tích bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và khí. Cần lưu ý rằng, độ xốp tối ưu nằm ở mức 36%.

Nhiệt độ

Mối quan hệ giữa nhiệt độ môi trường tháp hấp thụ tỉ lệ nghịch với hiệu suất làm sạch khí thải. Cụ thể khi nhiệt độ ở mức quá cao, quá trình hòa tan khí vào chất hấp thụ bị ảnh hưởng, không đạt được kết quả như mong đời, làm giảm hiệu suất làm việc đến 40%. Do đó, nhiệt độ môi trường cần được duy trì ở mức phù hợp nhất.

Độ pH và thành phần hóa học của dung môi

Sự tác động của nồng độ pH đóng vai trò quan trọng đối với quá trình làm việc của tháp hấp thụ. Nếu như độ pH tác động đến việc chuyên dịch cân bằng hóa học với tốc độ phản ứng tại bề mặt tiếp xúc giữa chất khí và chất lỏng thì thành phần quá học quyết định dung lượng hấp thụ. Thông thường, khi độ pH> 7 phù hợp với khí có tính axit; đối với khí có tính kiềm, nồng độ pH nên được duy trì ở mức <7.

Tổng kết lại, tháp hấp thụ là thiết bị xử lý khí thải có hiệu quả cao trong loại bỏ các chất ô nhiễm gây mùi với hàm lượng thấp. Quá trình vận hành tháp hấp thụ xử lý khí thải cần dung đến các dung môi- đóng vai trò như chất xúc tác để làm sạch dòng khí. Tùy thuộc vào thành phần của khí thải mà dung môi khác nhau được ứng dụng. Cần lưu ý rằng, sau khi xử lý khí thải với tháp hấp thụ, các chất gây ô nhiễm thứ phát có thể hình thành, do đó, hệ thống xử lý khí thải cần được tính toán kỹ lượng, kết hợp sử dụng với những phương pháp khác để đạt được kết quả làm sạch tốt nhất.

Tại Dr.Air, chúng tôi cung cấp đầy đủ các thiết bị xử lý khí thải khác nhau. Khách hàng có nhu cầu tìm hiểu chi tiết về tháp hấp thụ, máy lọc tĩnh điện, máy ozone xử lý khí thải, thiết bị UV công nghiệp, có thể liên hệ qua hotline 1900.4790 để được hỗ trợ nhanh chóng nhất.