Khí thải chứa SO2 (lưu huỳnh dioxit) không chỉ gây ô nhiễm không khí mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Đây là vấn đề đau đầu mà nhiều nhà máy đang gặp phải, đặc biệt trong các ngành như luyện kim, xi măng, hóa chất… Để xử lý hiệu quả khí độc này, tháp hấp thụ SO2 đang là giải pháp được nhiều doanh nghiệp tin dùng. Cùng tìm hiểu xem tháp hấp thụ SO2 là gì? Có mấy loại và nên chọn loại nào cho phù hợp nhé!
Vai trò của tháp hấp thụ trong xử lý SO2
Để hiểu rõ vì sao tháp hấp thụ SO2 lại đóng vai trò quan trọng trong xử lý khí thải. Trước hết, chúng ta cần tìm hiểu SO2 là gì? Vì sao nó gây hại cho sức khỏe và môi trường? Từ đó thấy được lý do vì sao việc xử lý loại khí này là vô cùng cần thiết.
Định nghĩa và tác hại của SO2
Sulfur Dioxide (SO2) là 1 loại khí không màu, có mùi hắc, được sinh ra chủ yếu từ quá trình đốt nhiên liệu chứa lưu huỳnh như than đá, dầu mỏ và từ các hoạt động công nghiệp như luyện kim, sản xuất xi măng. SO2 gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người, bao gồm:
- Tác động đến sức khỏe: Hít phải SO2 có thể gây kích ứng đường hô hấp, dẫn đến viêm phế quản, hen suyễn và các bệnh phổi mãn tính.
- Tác động đến môi trường: SO2 góp phần hình thành mưa axit, gây hại cho hệ sinh thái, làm suy giảm chất lượng nước và đất, ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật.
Lý do nên sử dụng tháp hấp thụ để xử lý SO2
Để giảm thiểu tác hại của SO2, việc sử dụng tháp hấp thụ trong hệ thống xử lý khí thải là 1 giải pháp hiệu quả.
Tháp hấp thụ SO2 hoạt động dựa trên nguyên tắc cho dòng khí thải tiếp xúc với dung dịch hấp thụ (như nước, dung dịch kiềm). Qua đó SO₂ được hòa tan và loại bỏ khỏi luồng khí trước khi thải ra môi trường. Phương pháp này có hiệu suất cao, giúp đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
>>>Xem thêm: Các phương pháp xử lý khí SO2 giảm ô nhiễm môi trường
Các loại tháp hấp thụ SO2 phổ biến hiện nay
Hiện nay, có nhiều loại tháp hấp thụ được sử dụng để xử lý SO₂, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng:
1. Tháp hấp thụ SO2 ướt (Scrubber)
Sử dụng dung dịch lỏng (như nước, dung dịch kiềm) để hấp thụ SO₂ từ khí thải. Đây là loại tháp phổ biến nhất, hiệu quả cao trong việc loại bỏ SO₂.
Đây là phương pháp xử lý khí thải phổ biến nhờ ưu điểm giá thành thấp và dễ triển khai. Quá trình gồm hai bước chính:
- Bước 1: Nước hoặc dung dịch kiềm được phun vào dòng khí thải, đi qua lớp vật liệu đệm để tăng diện tích tiếp xúc và hấp thụ SO₂ hiệu quả.
- Bước 2: Khí SO2 sau khi hấp thụ được loại bỏ, có thể thu hồi hoặc xử lý tiếp.
Để đạt hiệu suất cao, nước nên có nhiệt độ cao và cần đảm bảo các điều kiện như: nồng độ SO2 đủ lớn, chi phí nhiệt hợp lý, có hệ thống làm lạnh và khả năng xử lý nước thải axit sau quá trình hấp thụ.
2. Tháp hấp thụ SO2 khô
Tháp sử dụng chất rắn như vôi sống (CaO) hoặc đá vôi (CaCO3) để phản ứng với SO2, tạo thành các hợp chất không độc hại. Đây là 1 trong những phương pháp hấp thụ khí SO2 hiệu quả và được ứng dụng phổ biến hiện nay. Tháp hấp thụ CO2 khô này có thể đạt hiệu suất xử lý lên đến 85 – 90%, giúp loại bỏ khí SO₂ khỏi dòng khí thải 1 cách đáng kể.
Quy trình xử lý diễn ra như sau:
- Bước 1: Khí thải chứa SO2 được đưa vào tháp hấp thụ từ đáy đi lên.
- Bước 2: Dung dịch Ca(OH)2 được phun sương từ trên xuống, nhờ hệ thống ống dẫn và bơm tuần hoàn.
- Bước 3: Khi dòng khí và dung dịch hấp thụ tiếp xúc, SO2 sẽ phản ứng và bị giữ lại trong dung dịch theo phản ứng hóa học: 2SO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HSO₃)₂ và Ca(HSO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaSO₃ + 2H₂O
- Bước 4: Kết tủa CaSO₃ (chất rắn ít tan) sẽ lắng xuống đáy tháp và được thu gom xử lý riêng.
- Bước 5: Khí sạch sau xử lý được tách ẩm và thải ra môi trường qua đỉnh tháp.
Phương pháp này vừa có hiệu suất cao, vừa dễ triển khai trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp quy mô lớn.
3.Tháp hấp thụ SO2 bằng kẽm oxit (ZnO)
Phương pháp xử lý khí thải SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) dựa trên phản ứng hóa học trực tiếp giữa SO2 và ZnO để tạo ra các muối sunfit và bisunfit. Các sản phẩm này sau đó được phân ly bằng nhiệt, tái sinh lại SO₂ và ZnO. Trong đó, sunfit kẽm không tan sẽ được loại bỏ qua cyclon ướt, còn ZnO sau khi tách sẽ được tuần hoàn sử dụng lại trong hệ thống.
Hiện có 2 cách sử dụng ZnO trong xử lý khí SO2:
- Phương pháp đơn thuần: Chỉ sử dụng ZnO để hấp thụ SO2.
- Phương pháp kết hợp: ZnO kết hợp với natri sunfit (Na2SO3) để tăng hiệu quả hấp thụ.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn so với các phương pháp dùng MgSO3, thường trong khoảng 200 – 250°C. Từ đó, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả xử lý.
4. Tháp hấp thụ SO2 bằng sữa vôi
Sữa vôi – dung dịch bão hòa của Ca(OH)2 trong nước – là 1 chất hấp thụ phổ biến dùng để xử lý khí thải chứa SO₂ nhờ khả năng phản ứng mạnh và giá thành rẻ.
Trong quá trình xử lý, sữa vôi được phun vào tháp hấp thụ, nơi nó tiếp xúc với dòng khí thải chứa SO2. Khí SO2 bị hấp thụ và phản ứng tạo thành CaSO3 (sunfit canxi). Sau đó bị oxy hóa tiếp thành CaSO4 (thạch cao) – 1 chất rắn có thể lắng xuống và thu gom xử lý.
Phần khí đã được làm sạch sẽ tiếp tục được tách bụi, tách ẩm trước khi xả ra môi trường. Phương pháp này hiệu quả cao, phù hợp với nhiều ngành công nghiệp như nhiệt điện, luyện kim, xi măng,…
5. Tháp hấp thụ SO₂ bằng magiê oxit (MgO)
Phương pháp xử lý khí SO2 bằng magiê oxit (MgO) sử dụng dung dịch sữa MgO để hấp thụ khí SO2. Từ đó, hình thành các hợp chất sunfit magiê. Đây là công nghệ đã được nghiên cứu từ lâu, đặc biệt phát triển bởi các nhà khoa học Liên Xô cũ.
Cơ chế phản ứng trong tháp hấp thụ:
- SO2 phản ứng với MgO và nước, tạo thành các hợp chất như MgSO3 và Mg(HSO3)2.
- MgSO3 có độ tan thấp, tạo kết tủa dưới dạng MgSO3·6H2O hoặc MgSO3·3H2O và lắng xuống đáy tháp.
- Nếu không kiểm soát tốt, MgSO3 có thể bị oxy hóa thành MgSO4 – 1 hợp chất khó phân hủy và không thuận lợi cho quá trình tái sinh MgO.
Điều kiện vận hành:
- Tỷ lệ rắn:lỏng trong dung dịch hấp thụ ~1:10.
- pH đầu vào: 6.8 – 7.5; pH đầu ra: 5.5 – 6.0.
- Để hạn chế tạo MgSO4, cần giảm thời gian tiếp xúc giữa khí và dung dịch hoặc bổ sung chất chống oxy hóa.
Tái sinh MgO: Sau quá trình hấp thụ, MgSO3 được nung hoàn nguyên trong lò ở khoảng 900°C, có bổ sung than cốc. Khi đó, khí SO2 được thu lại (nồng độ 7 – 15%) và có thể dùng để sản xuất axit sunfuric.
Các biến thể công nghệ gồm:
- MgO kết hợp kali cacbonat (potos),
- MgO không kết tinh,
- MgO sủi bọt,
- MgO “kết tinh” theo chu trình kín.
Ưu điểm của phương pháp này:
- Xử lý được khí thải ở nhiệt độ cao mà không cần làm nguội.
- MgO dễ kiếm, chi phí thấp.
- Sản phẩm phụ có thể tái sử dụng để sản xuất axit sunfuric, mang lại giá trị kinh tế.
6. Xử lý khí SO₂ bằng các chất hấp thụ hữu cơ
Trong ngành luyện kim màu, 1 số nhà máy đã áp dụng phương pháp hấp thụ SO₂ bằng các hợp chất hữu cơ, điển hình là các amin thơm như: anilin, toluidin, xylidin, và dimetylanilin. Những chất này có khả năng phản ứng chọn lọc với SO₂, tạo thành các hợp chất có thể tái sinh để tái sử dụng.
Một số quy trình tiêu biểu gồm:
- Quy trình ASARCO: Sử dụng dimetylanilin làm chất hấp thụ, đã được ứng dụng rộng rãi tại các nhà máy luyện kim lớn.
- Quy trình Sunfidin: Áp dụng tại một số nhà máy hóa chất và luyện kim ở Đức (như Hamburg), sử dụng hỗn hợp xylidin và nước (tỷ lệ 1:1) để xử lý khí thải có nồng độ SO₂ dao động từ 0,5% đến 8%, trung bình khoảng 3,6%.
Phương pháp hữu cơ thường có hiệu suất cao, khả năng thu hồi SO₂ tốt và phù hợp với hệ thống khép kín. Tuy nhiên chi phí hóa chất và yêu cầu kỹ thuật tái sinh cũng cần được cân nhắc khi triển khai.
>>>Xem thêm: Tháp hấp thụ khí thải là gì?
Ứng dụng thực tế và cách lựa chọn tháp hấp thụ SO2 phù hợp
Việc lựa chọn loại tháp hấp thụ SO2 phải phù hợp và phụ thuộc vào đặc điểm của ngành công nghiệp và tính chất của khí thải:
- Ngành luyện kim: Khí thải chứa nồng độ SO2 cao nên chọn tháp hấp thụ ướt với dung dịch kiềm mạnh như NaOH hoặc MgO để đạt hiệu suất xử lý cao.
- Ngành sản xuất xi măng: Sử dụng tháp hấp thụ khô với chất hấp thụ là CaO hoặc CaCO3. Các loại tháp hấp thụ SO2 này phù hợp với đặc điểm khí thải và giảm thiểu xử lý nước thải.
- Ngành hóa chất: Tùy thuộc vào loại hóa chất sản xuất, có thể sử dụng tháp hấp thụ ướt hoặc khô. Tuy nhiên, cần xem xét tính tương thích giữa dung dịch hấp thụ và các thành phần trong khí thải.
Trong bức tranh ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trường, tháp hấp thụ SO2 không chỉ là thiết bị kỹ thuật mà còn là lời cam kết của doanh nghiệp với tương lai xanh. Tại NOPOTECH, chúng tôi không chỉ cung cấp thiết bị, mà còn đồng hành để “cá thể hoá” hệ thống xử lý khí thải phù hợp với chính ngành nghề, không gian và mục tiêu của bạn. Đừng để khí thải là nỗi lo – hãy để NOPOTECH giúp bạn biến nó thành lợi thế cạnh tranh.
