Cách xử lý khí SO2 là mối quan tâm thiết yếu khi khí Sunfu Đioxit (SO2) là chất ô nhiễm phổ biến. Môi Trường Đông Nam Bộ sẽ giới thiệu các phương pháp giảm thiểu tác động từ nguồn phát sinh và tác hại của SO2 đến môi trường và sức khỏe.
I. Tổng Quan Về Khí SO2: Nguồn Phát Sinh và Tác Hại Đến Môi Trường & Sức Khỏe
Khí Sunfu Đioxit (SO2) là một chất ô nhiễm phổ biến trong không khí, phát sinh từ nhiều hoạt động của con người và công nghiệp. Nguồn gốc chính của SO2 bao gồm việc đốt cháy các loại nhiên liệu chứa lưu huỳnh như than đá, dầu mỏ, khí đốt, gỗ, và các chất hữu cơ khác như phân khô, rơm rác trong sinh hoạt hàng ngày. Trong sản xuất công nghiệp, SO2 phát ra từ các lò hơi, nhà máy nhiệt điện, quy trình luyện kim và sản xuất hóa chất.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2017, nhu cầu tiêu thụ than đá và dầu mỏ toàn cầu rất lớn, lần lượt là 4,32 tỷ tấn than và 4,4 tỷ tấn dầu. Với thành phần lưu huỳnh trung bình chiếm 1% trong nhiên liệu, lượng SO2 thải vào khí quyển ước tính lên đến 60 triệu tấn mỗi năm. Con số này chưa tính đến lượng SO2 từ các ngành công nghiệp khác.
Khi con người nhiễm độc khí SO2, SO2 thâm nhập vào phổi và hệ thống bạch huyết. Trong máu, SO2 tham gia vào nhiều phản ứng hóa học, dẫn đến giảm dự trữ kiềm, rối loạn chuyển hóa đường và protein, thiếu hụt vitamin B và C. SO2 còn tạo ra methemoglobine, gây tắc nghẽn mạch máu và giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, cuối cùng gây co hẹp dây thanh quản và khó thở. Sự ô nhiễm khí SO2 ngày càng trầm trọng, đòi hỏi chúng ta cần có cách xử lý khí SO2 hiệu quả.
I. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Cách xử lý khí SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản, áp dụng sớm nhất để loại bỏ SO2 từ khí thải công nghiệp. Hệ thống xử lý gồm hai giai đoạn. Giai đoạn đầu, khí thải chứa SO2 được hấp thụ bằng cách phun nước hoặc cho đi qua lớp vật liệu đệm có tưới nước (scrubơ). Giai đoạn thứ hai là giải thoát SO2 khỏi nước để tái sử dụng nước sạch và thu hồi SO2.
Nồng độ hòa tan SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ tăng. Do đó, nước cấp vào hệ thống hấp thụ cần có nhiệt độ thấp. Để giải thoát SO2 và tái sử dụng nước, nhiệt độ nước cần cao. Cụ thể, ở 100°C, SO2 bay hơi hoàn toàn. Dòng khí thoát ra chứa cả hơi nước. Bằng phương pháp ngưng tụ, SO2 đậm đặc (100%) thu được, sử dụng cho sản xuất axit sunfuric.
Bảng dưới đây thể hiện lượng nước lý thuyết cần để hấp thụ 1 tấn SO2 đến trạng thái bão hòa:
| Nồng độ SO2 trong khí thải, % khối lượng | Lượng nước, m3, ở nhiệt độ | |
|---|---|---|
| 10°C | 15°C | |
| 12 | 48 | 55 |
| 10 | 57 | 67 |
| 8 | 70 | 84.5 |
| 6 | 92 | 106 |
| 4 | 140 | 165 |
Thực tế, lượng nước sử dụng sẽ lớn hơn lý thuyết vì nước ra khỏi thiết bị hấp thụ không đạt mức bão hòa SO2 hoàn toàn.
Phương pháp này gặp khó khăn vì việc giải hấp thụ đòi hỏi đun nóng lượng nước lớn, cần nguồn cấp nhiệt công suất cao. Ngoài ra, việc làm nguội nước xuống gần 10°C để tái sử dụng cũng tốn kém và không đơn giản, cần nguồn cấp lạnh.
Do các nhược điểm trên, cách xử lý khí SO2 bằng nước chỉ phù hợp khi: nồng độ SO2 ban đầu trong khí thải tương đối cao; có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) giá rẻ; có sẵn nguồn nước lạnh; và có thể xả được nước thải thứ cấp chứa axit ra môi trường sông ngòi.
Với khí thải chứa nhiều SO2, ví dụ trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại ở luyện kim màu (nồng độ SO2 có thể đạt 2–12%), phương pháp này có thể kết hợp với quá trình oxy hóa SO2 bằng chất xúc tác Vanađi (V). Giai đoạn đầu, SO2 kết hợp với oxy tạo thành anhiđrit sunfuric SO3. Giai đoạn thứ hai, nước tưới trong scrubơ phản ứng với SO3 tạo thành axit sunfuric H2SO4. Phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt và mạnh hơn ở nhiệt độ thấp, nên quá trình cần qua nhiều tầng xúc tác, mỗi tầng đều được làm nguội.
II. Hấp thụ khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO)
Một cách xử lý khí SO2 phổ biến là hấp thụ bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO). Đặc biệt, phương pháp sử dụng dung dịch canxi hydroxit (Ca(OH)2) đạt hiệu suất xử lý từ 85% đến 90%.
Quy trình hấp thụ diễn ra như sau: Khí thải đi từ dưới lên qua tháp hấp thụ. Các chất ô nhiễm như SO2 và bụi sẽ bị giữ lại, khí sạch thoát ra ngoài ở đỉnh. Dung dịch Ca(OH)2 được bơm tuần hoàn lên phần trên thân tháp và phun sương, tưới đều. Dòng khí đi lên và dòng lỏng đi xuống tiếp xúc với nhau, SO2 bị giữ lại trong dung dịch.
Các phản ứng hóa học xảy ra:
- 2SO2 + Ca(OH)2 → Ca(HSO3)2
- Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaSO3 + 2H2O
Canxi sunfit (CaSO3) là chất rắn ít tan, dễ dàng lắng xuống đáy tháp. Sau đó, CaSO3 được thu gom và xử lý bằng cách chôn lấp. Khí sạch sau khi được tách ẩm sẽ được thải ra môi trường.
Ở Nhật Bản, một hệ thống xử lý khí SO2 hiện đại hơn bằng sữa vôi đã được áp dụng, thu hồi sản phẩm cuối cùng là thạch cao thương phẩm.
III. Phương pháp magiê oxit (MgO)
Việc sử dụng sữa Magiê oxit (MgO) để khử SO2 trong khói thải đã được biết đến từ lâu. Các nhà khoa học Liên Xô cũ đã nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp gần đây.
SO2 được hấp thụ bởi MgO, tạo thành tinh thể sunfit magiê ngậm nước. Tại thiết bị hấp thụ, các phản ứng xảy ra:
- MgO + SO2 → MgSO3
- MgO + H2O → Mg(OH)2
- MgSO3 + H2O + SO2 → Mg(HSO3)2
- Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2 → 2MgSO3 + 2H2O
Do độ hòa tan của sunfit magiê trong nước có giới hạn, lượng dư ở dạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O lắng xuống thành cặn. Tỷ lệ rắn : lỏng trong huyền phù là 1:10; độ pH dung dịch hấp thụ đầu vào là 6,8-7,5; đầu ra là 5,5-6,0.
Sunfat magiê (MgSO4) hình thành do oxy hóa sunfit magiê (MgSO3 + O2 → MgSO4). Sự hình thành MgSO4 không có lợi cho quá trình tái sinh MgO, vì nhiệt độ phân hủy MgSO4 rất cao (1.200 – 1.300°C). Cần hạn chế phản ứng này bằng cách giảm thời gian tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng hoặc dùng chất làm giảm tính oxy hóa.
Quá trình tái sinh MgO thực hiện trong lò nung ở 900°C, có thêm than cốc. Khí SO2 thoát ra sau tái sinh có nồng độ 7-15%, được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric rồi đưa đi sản xuất axit sunfuric.
Các biến thể của phương pháp MgO bao gồm: MgO kết hợp với potos (kali cacbonat), MgO không kết tinh, MgO sủi bọt, và MgO “kết tinh” theo chu trình.
Ưu điểm của cách xử lý khí SO2 bằng MgO: có khả năng xử lý khí nóng mà không cần làm nguội sơ bộ; sản phẩm thu được tận dụng để sản xuất axit sunfuric; MgO dễ kiếm, giá thành rẻ; hiệu quả xử lý cao.
IV. Phương pháp kẽm
Cách xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) tương tự phương pháp Magiê oxit. Kẽm oxit phản ứng với SO2 tạo ra các muối sunfit và bisunfit, sau đó được phân ly bằng nhiệt thành SO2 và ZnO để tái sử dụng.
Phản ứng hấp thụ xảy ra:
- SO2 + ZnO + 2,5 H2O → ZnSO3 + 2,5 H2O
- Khi nồng độ SO2 lớn: 2SO2 + ZnO + H2O → Zn(HSO3)2
Sunfit kẽm (ZnSO3) tạo thành không tan trong nước, được tách ra bằng xyclon ướt và sấy khô. Tái sinh ZnO được thực hiện bằng cách nung sunfit ở 350°C:
- ZnSO3.2,5 H2O → SO2 + ZnO + 2,5H2O
SO2 thu hồi dùng để chế biến, còn ZnO được tái sử dụng để hấp thụ.
Các phương pháp chính: dùng kẽm oxit đơn thuần hoặc kết hợp với natri sunfit.
Ưu điểm: quá trình phân ly ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với MgSO3. Phương pháp này có khả năng xử lý khí ở nhiệt độ cao (200 – 250°C).
Nhược điểm: khả năng hình thành sunfat kẽm (ZnSO4) làm cho việc tái sinh ZnO không kinh tế. Do đó, cần thường xuyên tách ZnSO4 và bổ sung ZnO.
V. Xử lý SO2 bằng Amoniac
SO2 có thể được hấp thụ trong dung dịch amoniac (NH3) hoặc dùng dung dịch sunfit – bisunfit amon. Amoniac và SO2 trong dung dịch nước phản ứng tạo thành muối trung gian amoni sunfit, sau đó amoni sunfit tiếp tục tác dụng với SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit.
Các phản ứng như sau:
- NH4 + H2O + SO2 → (NH4)2 SO3
- H2O + SO2 + (NH4)2SO3 → 2NH4HSO3
- 2NH4HSO3 nung nóng (NH4)2SO3 + H2O + SO2
Ngoài ra, còn có thể xảy ra:
- 2NH4HSO3 + (NH4)2 SO3 → 2(NH4)2SO4 + S + H2O
- (NH4)2 SO3 + S → (NH4)2 S2O3
- (NH4)2 S2O3 + 2NH4HSO3 → 2(NH4)2 SO4 + 2S + H2O
Lưu huỳnh đơn chất sẽ tiếp tục tác dụng với sunfit. Theo thời gian, tốc độ phân hủy dung dịch làm việc tăng dần, dẫn đến dung dịch hoàn toàn biến thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.
Các biện pháp cách xử lý khí SO2 theo amoniac: xử lý bằng amoniac và vôi, hệ thống theo chu trình, amoniac có chưng áp.
Ưu điểm của phương pháp amoniac: hiệu quả cao, chất hấp thu dễ kiếm, và thu được sản phẩm cần thiết (sunfit và bisunfit amon).
VI. Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
Trong công nghiệp luyện kim màu, cách xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng rộng rãi. Các amin thơm như anilin, toluđin, xyliđin, và đimety-anilin là những chất hấp thụ SO2 phổ biến.
Quá trình xử lý theo phương pháp này bao gồm:
- Quá trình ASARCO: Sử dụng đimetylanilin, đã được nghiên cứu và ứng dụng tại nhiều nhà máy luyện kim.
- Quá trình sunfidin: Áp dụng tại các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức. Ví dụ, tại nhà máy luyện kim Hamburg, quá trình này khử SO2 trong luồng khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ SO2 trong khói thải dao động từ 0,5% đến 8%, trung bình là 3,6%. Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ khoảng 1:1.
VII. Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn
Các phương pháp xử lý khí SO2 bằng chất hấp thụ dạng ướt có nhược điểm: nhiệt độ khí thải giảm, độ ẩm tăng cao gây han gỉ thiết bị, hệ thống xử lý cồng kềnh. Để khắc phục, người ta kết hợp quá trình khô và ướt, một biện pháp ngày càng thiết thực.
Các cách xử lý khí SO2 bằng chất hấp phụ thể rắn bao gồm:
- Hấp phụ khí thải chứa SO2 bằng than hoạt tính.
- Xử lý khí thải chứa SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước (Quá trình LURGI).
- Xử lý khí thải chứa SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa.
- Xử lý khí thải chứa SO2 bằng mangan oxit (MnO).
- Xử lý khí SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền.
Hai loại thiết bị được sử dụng phổ biến là thiết bị tạo bọt và thiết bị lọc ướt có vật liệu đệm (sợi hoặc vòng sứ). Các thiết bị này được lựa chọn vì hiệu suất cao, dễ vận hành, chịu được nhiệt độ cao, có khả năng hấp thụ các hơi khí độc hại, làm nguội khói thải và lọc được các hạt bụi nhỏ.
VIII. Lựa chọn Giải Pháp Xử Lý Khí SO2 Tối Ưu và Dịch Vụ Chuyên Nghiệp Từ Môi Trường Đông Nam Bộ
Các cách xử lý khí SO2 mà chúng tôi vừa trình bày thể hiện sự đa dạng trong công nghệ môi trường. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp đòi hỏi sự đánh giá kỹ lưỡng đặc thù của nguồn thải, nồng độ SO2, yêu cầu về môi trường và ngân sách.
Môi Trường Đông Nam Bộ hiểu rõ những thách thức này và tự hào là đối tác cung cấp dịch vụ xử lý khí thải chuyên nghiệp. Chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ quý doanh nghiệp xây dựng và tối ưu hóa hệ thống xử lý khí thải. Đội ngũ thạc sỹ, kỹ sư giàu kinh nghiệm của chúng tôi đã đầu tư nghiên cứu, đánh giá kỹ lưỡng các công nghệ xử lý để tìm ra những phương án chất lượng nhất, với chi phí hợp lý và thời gian triển khai nhanh chóng.
Với phương châm “Uy tín, chất lượng là hàng đầu”, chúng tôi cam kết mang đến sản phẩm và dịch vụ tốt nhất, đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng. Chúng tôi tin rằng, một giải pháp cách xử lý khí SO2 tối ưu không chỉ đảm bảo tuân thủ quy định mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của doanh nghiệp và cộng đồng.
IX. Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Xử Lý Khí SO2
- SO2 có độc hại không?
Có, SO2 rất độc hại. Khí này gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người như giảm dự trữ kiềm, rối loạn chuyển hóa, và khó thở, đồng thời gây hại đến môi trường bằng cách hình thành mưa axit. - Thạch cao thương phẩm từ SO2 là gì?
Thạch cao thương phẩm là sản phẩm phụ có giá trị, thường là CaSO4.2H2O, thu được từ một số cách xử lý khí SO2, đặc biệt là phương pháp hấp thụ bằng vôi hoặc đá vôi, dùng trong xây dựng và các ngành công nghiệp khác. - Có bao nhiêu loại phương pháp xử lý SO2 chính?
Có nhiều nhóm cách xử lý khí SO2 chính được áp dụng rộng rãi, bao gồm hấp thụ bằng nước, đá vôi/vôi nung, magiê oxit, kẽm, amoniac, chất hấp thụ hữu cơ và chất hấp phụ thể rắn. - Chi phí xử lý SO2 có cao không?
Chi phí xử lý SO2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ SO2 trong khí thải, quy mô của hệ thống, công nghệ xử lý được chọn, và chi phí vận hành, bảo trì. Một số phương pháp có thể thu hồi sản phẩm phụ có giá trị, giúp giảm một phần chi phí tổng thể. - SO2 được sử dụng vào mục đích gì sau khi thu hồi?
SO2 sau khi được thu hồi, đặc biệt là ở nồng độ cao, chủ yếu được dùng để sản xuất axit sunfuric (H2SO4), một hóa chất công nghiệp quan trọng có ứng dụng rộng rãi.
X. Tầm Quan Trọng Của Việc Xử Lý Khí SO2 Đối Với Sự Phát Triển Bền Vững
Việc áp dụng hiệu quả các cách xử lý khí SO2 có vai trò then chốt trong bảo vệ môi trường, giảm thiểu hiện tượng mưa axit, bảo vệ hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Điều này thể hiện trách nhiệm của doanh nghiệp trong việc tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và hướng tới một nền sản xuất sạch hơn.
Môi Trường Đông Nam Bộ cam kết đồng hành cùng các doanh nghiệp trong hành trình hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững thông qua các giải pháp xử lý SO2 toàn diện. Quý khách hàng có công trình, dự án cần tư vấn, hãy gọi ngay qua hotline 0943.466.579 để nhận được sự hỗ trợ nhanh nhất và tận tình nhất.
Tìm hiểu thêm về các giải pháp môi trường khác và đóng góp ý kiến để chúng tôi tiếp tục cải thiện nội dung. Chúng tôi mong nhận được phản hồi của bạn để nâng cao chất lượng thông tin, hoặc ghé thăm website https://moitruongdongnambo.com/ để khám phá thêm.
Để lại một bình luận