Chương I: TỔNG QUAN Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về SO2: 1. Tính chất lý-hóa: Lưu huỳnh điôxit (hay còn gọi là anhiđrit sunfurơ) là một hợp chất hóa học với công thức SO2. Chất khí này là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một mối lo môi trường đáng kể.
SO2 thường được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy". SO2 là một khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí. Nó có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong, làm mất màu dung dịch Brôm và làm mất màu cánh hoa hồng (2 tính chất sau được ứng dụng để nhận biết SO2 và phân biệt nó với CO2). SO2 dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hào tan 40 thể tích SO2.
Khi hào tan trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng: chủ yếu là SO2.nH2O và phần nhỏ là H2SO3. Phân tử gam 64.054 g/mol Nhiệt độ nóng chảy -75oC Điểm sôi -10oC Độ hòa tan trong nước 9.81 Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: Cộng không thay đổi số oxy hóa: SO2 + H2O = H2SO3 Thực hiện phản ứng khử: 500oC SO2 + 2CO 2CO2 + S 3 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa SO2 + 2Mg S + 2MgO Thực hiện phản ứng oxy hóa: V2O5 SO2 + ½ O2 SO3 SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong môi trường không khí, SO2 dễ bị oxy hóa và biến thành SO3. SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành axit hoặc muối sunfat. Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiễm môi trường đất và môi trường nước.
Nguồn gốc: Khí SO2 tạo ra do sự đốt cháy các hợp chất lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh. Ví dụ: các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than, dầu mỏ, quặng pirit (FS2), hơi dốt chứa nhiều khí H2S, các quặng sunfua,… Khí SO2 là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. Nguồn phát thải: Các nhà máy nhiệt điện. Các lò nung, nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá, khí đốt, dầu hỏavà khí đốt có chứa lưu huỳnh.
SO2 sinh ra từ các ngành sản xuất công nghiệp: nhà máy lọc dầu, nhà máy luyện kim, lò đúc, nhà máy sản xuất H2SO4. Khí thải giao thông. Tác hại: Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy có vị hăng cay. Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa và biến thành SO3 trong khí quyển.
Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường. 4 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa 1.1 Đối với con người: SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit.
Bảng: Liều lượng gây độc mg SO2/m3 Tác hại 20-30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho 130-260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30-60 phút) 1000-1300 Liều gây chết nhanh (30-60 phút) SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Cuối cùng, chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm. SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học.
Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methomoglobine để chuyển thành Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.2 Đối với thực vật: Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y. 5 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa Bảng: Nồng độ gây độc Nồng độ (ppm) Tác hại 0.003 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả 0.3 Gây độc kinh niên 1-2 Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc 1.3 Đối với môi trường: SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sunfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường. Quá trình hình thành mưa axit của SO2: Phản ứng hóa hợp giữa lưu huỳnh dioxit và các hợp chất gốc hydroxyl: SO2 + OH- HOSO2- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2- và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2- và SO3: HOSO2- + O2 HO2- + SO3 Lưu huỳnh trioxit SO3 sẽ phản ứng với nước tọa ra H2SO4.
Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axit. SO3(k) + H2O(l) H2SO4(l) Các tác hại của mưa axit: Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước. 6 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật pH<6.0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du,…), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.5 Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót.
Cá lớn bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt.0 Quần thể cá bị chết.0 Xuất hiện các vi sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu. Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối. Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khí quyển làm hạn chế tầm nhìn.
Hơn nữa , do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố sẽ tích tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người. Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc. Các phương pháp xử lí khí hiện nay : 2. Phương pháp hấp thụ : Quá trình hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng.
Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ. Chất lỏng dùng để hấp thụ gọi là dung môi ( chất hấp thụ ). Có 2 loại hấp thụ: Hấp thụ vật lý: không tương tác hoá học là quá trình thuận ngịch. 7 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa Hấp thụ hoá học: là quá trình hấp thụ luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hoá học.
Sau quá trình khuếch tán là quá trình xảy ra các phản ứng hoá học. Trong xử lý khí thải nói chung, hấp thụ hoá học được ứng dụng rộng rãi hơn so với hấp thụ vật lí. Ưu điểm: Rẻ, dễ ứng dụng, có thể sử dụng dung môi là nước để hấp thụ các khí độc hại như SO2, H2S…rất hiệu quả. Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hoà tan tốt trong nước rửa.
Nhược điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, không dùng để xử lý dòng khí có nhiệt độ cao. Quá trình hấp thụ là quá trình toả nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cần phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội tăng hiệu quả quá trình xử lí, như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp. Việc lựa chọn dung môi thích hợp để xử lí rất khó khăn khi chất khí không có khả năng hoà tan trong nước. Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử lý mà công việc này là rất khó khăn.
Phương pháp hấp phụ : Quá trình hấp phụ là quá trình chọn lựa các cấu tử trong pha khí lên bề mặt chất rắn. Người ta áp dụng phương pháp hấp thụ để làm sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và hơi nhỏ. Quá tình hấp thụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc giữa pha rắn và pha khí. Ở điều kiện bình thường thì pha khí trong hỗn hợp với không khí sẽ không bị hấp thụ.
Vật liệu dùng để làm chất hấp thụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành do nhân tạo hoặc tự nhiên. Trong công nghiệp hay dùng các chất hấp phụ như: than hoạt tính, silicagel, keo nhôm, zeolit và ionit trao đổi ion. 8 SVTH: Phạm Thành Lâm – Nông Quốc Khánh Đồ án xử lý khí thải GVHD: Trần Anh Khoa 2. Phương pháp nhiệt: Bản chất là quá trình oxi hoá các tử độc hại và các tạp chất có mùi hôi bằng oxy ở nhiệt độ cao (450oC – 1200oC).
Phương pháp này dùng để loại bỏ bất kì loại khí và hơi nào mà sản phẩm cháy ít độc hại hơn. Methanol là dung môi dễ cháy, sản phẩm cháy là CO2 và H2O. Ưu điểm: Thiết bị xử lí đơn giản và có khả năng ứng dụng rộng rãi vì thành phần khí thải ít ảnh hưởng đến thiết bị đốt. Nhược điểm: Tốn nhiều năng lượng và thành phần khí thải sau đốt có CO2 cao, là chất gây ô nhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính.
Phương pháp phát tán khí: Bản chất là phát tán khí thải vào khí quyển.