ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM XỬ LÍ KHÍ THẢI TRONG NHÀ MÁY THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

                       Xử lý khí thải bằng công nghệ plasma.

1. Tính cấp thiết.

- Không khí trong thời đại chúng ta ngày càng ô nhiễm nặng nề. Bụi sản xuất công nghiệp như: sản xuất xi măng, chế biến gỗ, sản xuất hóa chất, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất hóa chất…; các lò hơi, lò đốt, động cơ máy bay, xe ô tô... đốt rất nhiều nhiên liệu hóa thạch, xăng dầu, gas…tất cả đã và đang gây ảnh hưởng nặng nề đến môi trường sống con người. Hiện tượng nóng lên toàn cầu khiến băng tan làm mực nước biển nhấn chìm nhiều thành phố, làm đất đai nhiễm mặn không canh tác được, gây nên thiên tai, bệnh tật cho con người.

-  Nhìn chung, khí thải của nhà máy và các  khu công nghiệp chủ yếu gồm các thành phần độc hại như: SO₂, NO_x ,CO₂, NH₃. Các chất này sau khi đi vào cơ thể con người hay thực vật hấp thụ vào đều gây ra độc tính rất cao. Điển hình là:

+ Khí SO₂, NO_x nếu hít thở trong vòng 30 phút đến 1 giờ với hàm lượng 1.000-1.300mg/m³ sẽ gây tử vong.

+ Khí Ôxít cacbon (CO) kết hợp với hemoglobin (Hb) trong máu thành hợp chất bền vững là cacboxy hemoglobin (HbCO) làm cho máu giảm khả năng vận chuyển ôxy dẫn đến thiếu ôxy trong máu rồi thiếu ôxy ở các tổ chức.

+ NH₃ là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên mũi, miệng và hệ thống hô hấp, nếu tiếp xúc với NH3 ở nồng độ 1.500 – 2.000 mg/m³ trong thời gian 30 phút sẽ nguy hiểm đối với tính mạng.

ðVới những hậu quả nghiêm trọng để lại cho con người như vậy thì việc nghiên cứu và tìm ra các công nghệ xử lý khí thải là vấn đề bức thiết. Bên cạnh đó, việc tìm ra công nghệ xử lý khí thải thân thiện với môi trường và chi phí thấp rất quan trọng.

2. Công nghệ plasma xử lý khí thải:

- Vấn đề ô nhiễm không khí đã được đưa ra từ rất sớm, và trên thị trường hiện nay cũng có rất nhiều công nghệ xử lý khí đang được các nhà máy và xí nghiệp sử dụng, điển hình là 2 công nghệ sau :

• Công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ:
• Công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ:

 

• Nhìn chung, cả 2 công nghệ này đều có những khuyết điểm nhất định:

ü  Phụ thuộc rất lớn vào sự ổn  định của lưu lượng khí thải nhà máy,

ü  Hệ thống cồng kềnh và chi phí vận hành cao.

ü  Không thể sử dụng với nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao

ü  Quá trình xử lý thường phải thực hiện theo phương pháp gián đoạn

-         Công nghệ plasma: Đây là một công nghệ mới. Nó giải quyết tất cả các khuyết điểm mà công nghệ xử lý khí trước đây không làm được. Với ưu điểm số một là xanh, sạch thân thiện với môi trường

          + Công nghệ plasma sử dụng các gốc tự do có lực oxy hóa rất mạnh( O∙ , H∙ ,….)  để xử lý các hợp chất độc hại như SO_x, NO_x , CO…., quá trình xử lý nhanh và hiệu quả.

 

Các thông số của hệ thống sử dụng công nghệ plasma:

• Lưu lượng khí được xử lý qua 01 ống : 2,5 m³/giờ

ðHệ thống gồm 12 ống xử lý được : 30 m³/giờ

• Giá thành cho cả hệ thống ước tính : 500 triệu VNĐ

ðXử lý được 720 m³ khí trong 1 ngày

• Chi phí điện cho cả hệ thống : 2,5 kw/h

ðChi phí điện sử dụng trong 1 ngày:

60 kw/ngày x 1000 VNĐ/kw = 60 000 VNĐ/ngày

• So sánh với cách xử lý khí thông thường:

 

	Công nghệ xử lý thông thường	Công nghệ plasma
Công nghệ	-         Hệ thống to lớn, cồng kềnh.   -         Hệ thống gồm nhiều bộ phận, động cơ → gây tiếng ồn.   -         Sử dụng hóa chất để xử lý → không an toàn -         Xử lý qua nhiều công đoạn	-         Hệ thống nhỏ gọn, chiếm không gian ít -         Hệ thống cấu tạo đơn giản, làm việc êm → không bị mài mòn. -         Chỉ sử dụng điện năng → an toàn -         Xử lý trực tiếp qua ống plasma → xả ra ngoài
Giá thành	-         Giá bán máy móc, thiết bị:  90-100 triệu VNĐ -         Phí tư vấn kỹ thuật: 1 VNĐ	-         Chi phí ban đầu khoảng 500 triệu VNĐ -         Không chi phí vận hành.
Môi trường	Sử dụng nhiều hóa chất → gây hại cho môi trường, cho người vận chuyển hóa chất.	Sử dụng điện năng thân thiện với môi trường, không sử dụng bất cứ loại hóa chất nào khác.
Vận hành	Phức tạp, cần có 1 kỹ sư và 1 công nhân vận hành máy → thêm chi phí vận hành	Đơn giản, không cần chi phí, vận hành nhanh, không tốn nhiều thời gian

 

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

 

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

            - Không khí trong thời đại chúng ta ngày càng ô nhiễm nặng nề. Cháy rừng, núi lửa; bụi sản xuất công nghiệp như sản xuất xi măng, chế biến gỗ, sản xuất hóa chất, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất hóa chất…; các lò hơi, lò đốt, động cơ máy bay, xe ô tô… đốt rất nhiều nhiên liệu hóa thạch, xăng dầu, gas…tất cả đã và đang gây ảnh hưởng nặng nề đến môi trường sống con người như hiện tượng nóng lên toàn cầu khiến băng tan làm mực nước biến nhấn chìm nhiều thành phố, làm đất đai nhiễm mặn không canh tác được, gây nên thiên tai, bệnh tật cho con người.

- Ô nhiễm không khí và tác hại của nó đã trở thành vấn đề bức xúc của nhân loại.

Hình 1.1: Khí thải của khu công nghiệp.

 

- Hằng năm có khoảng 20 tỉ tấn CO₂ + 1,53 triệu tấn SiO₂ + Hơn 1 triệu tấn Niken + 700 triệu tấn bụi + 1,5 triệu tấn Asen + 900 tấn coban + 600.000 tấn Kẽm (Zn), hơi Thuỷ ngân (Hg), hơi Chì (Pb) và các chất độc hại khác.[ http://xulymoitruong.com/tac-hai-cua-o-nhiem-khong-khi-1883/] Làm tăng đột biến các chất như CO₂, NO_x, SO₃ …Các chất ô nhiễm phát xuất từ nhiều nguồn khác khau; ô nhiễm không khí rất khó phân tích vì chất ô nhiễm thay đổi nhiều do điều kiện thời tiết và địa hình; nhiều chất còn phản ứng với nhau tạo ra chất mới rất độc.

→  Ảnh hưởng đến môi trường đa dạng và phong phú.

- Dưới đây là sự ảnh hưởng của một số yếu tố tới con người và tự nhiên

 

1.1.1       Đối với con người:

 

Bảng 1.1: Các loại khí thải ảnh hưởng tới con người

Tự nhiên	Sản xuất
Bụi	H2S
SO2 và NOX	Hydrocacbon
CO	Formaldehyde
HF	Xylen, toluene
NH3	Ethanol, metalnol

 

Hình 1.2: Khói bụi của thành phố

 

 

 

 

 

1.1.1.1 Tác hại của bụi:

- Thành phần hóa học, thời gian tiếp xúc là các yếu tố ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng.

- Mức độ bụi trong bộ máy hô hấp phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, mật độ hạt bụi và cá nhân từng người.

- Bụi vào phổi gây kích thích cơ học, xơ hóa phổi dẫn đến các bệnh về hô hấp như khó thở, ho và khạc đờm, ho ra máu, đau ngực …   

 

Hình 1.3: Khói, bụi ô nhiễm đường phố

- TCVN 2005 qui định bụi tổng cộng trong không khí xung quanh  0,5 mg/m³.

- Bụi đất đá không gây ra các phản ứng phụ: tính trơ, không có tính gây độc. Kích thước lớn (bụi thô), nặng, ít có khả năng đi vào phế nang phổi, ít ảnh hưởng đến sức khỏe.

- Bụi than: Thành phần chủ yếu là hydrocacbon đa vòng (VD: 3,4-benzenpyrene), có độc tính cao, có khả năng gây ung thư, phần lớn bụi than có kích thước lớn hơn 5 micromet bị các dịch nhầy ở các tuyến phế quản và các lông giữ lại. Chỉ có các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5 mm vào được phế nang.

 

1.1.1.2 Tác hại của SO₂ và NO_X:

- SO₂, NO_X là chất kích thích, khi tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt tạo thành axít (HNO₃, H₂SO₃, H₂SO₄). Các chất khí trên vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hòa tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hoá, sau đó phân tán vào máu tuần hoàn.

- Kết hợp với bụi => bụi lơ lửng có tính axít, kích thước < 2-3µm sẽ vào tới phế nang, bị đại thực bào phá hủy hoặc đưa đến hệ thống bạch huyết.

- SO₂ nhiễm độc qua da làm giảm dự trữ kiềm trong máu, đào thải amoniac ra nước tiểu và kiềm ra nước bọt.

- Độc tính chung của SO₂ thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza.

- Giới hạn phát hiện thấy bằng mũi SO₂ từ 8 – 13 mg/m³.

- Giới hạn gây độc tính của SO₂ là 20 – 30 mg/m³, giới hạn gây kích thích hô hấp, ho là 50mg/ m³.

- Giới hạn gây nguy hiểm sau khi hít thở 30 – 60 phút là từ 130 đến 260mg/ m³.

- Giới hạn gây tử vong nhanh (30phút – 1giờ) là 1.000-1.300mg/m³.

- Tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y Tế Việt Nam đối với SO₂, SO₃, NO₂ tương ứng là 0,5; 0,3 và 0,085 mg/m³ (nồng độ tối đa 1 lần nhiễm).

 

1.1.1.3  Tác hại của HF

- HF sinh ra do quá trình sản xuất hóa chất (HF) và là một tác nhân ô nhiễm quan trọng khi nung gạch ngói, gốm sứ.

- Không khí bị ô nhiễm bởi HF và các hợp chất fluorua gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật và sức khoẻ của người. Các hợp chất fluorua gây ra bệnh fluorosis trên hệ xương và răng.

 

1.1.1.4  Tác hại của CO

- Ôxít cacbon (CO) kết hợp với hemoglobin (Hb) trong máu thành hợp chất bền vững là cacboxy hemoglobin (HbCO) làm cho máu giảm khả năng vận chuyển ôxy dẫn đến thiếu ôxy trong máu rồi thiếu ôxy ở các tổ chức.

- Mối liên quan giữa nồng độ CO và triệu chứng nhiễm độc tóm tắt theo bảng 1.2 dưới đây:

 

Bảng 1.2: Các triệu chứng nhiễm độc khí CO

Nồng độ CO, ppm	Triệu chứng
50	Nhiễm độc nhẹ
100	Nhiễm độc vừa phải, chóng mặt
250	Nhiễm độc nặng, chóng mặt
500	Buồn nôn, nôn, trụy
1.000	Hôn mê
10.000	Chết

 

1.1.1.5  AMONIAC (NH₃)

- NH₃ không ăn mòn thép, nhôm, tan trong nước gây ăn mòn kim loại màu: kẽm, đồng và các hợp kim của đồng. NH₃ tạo với không khí một hỗn hợp có nồng độ trong khoảng từ 16 đến 25% thể tích sẽ gây nổ.

- NH₃ là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên mũi, miệng và hệ thống hô hấp.

- Ngưỡng chịu đựng đối với NH₃ là 20 – 40 mg/m³.

- Tiếp xúc với NH₃ với nồng độ 100 mg/m³ trong khoảng thời gian ngắn sẽ không để lại hậu quả lâu dài.

- Tiếp xúc với NH₃ ở nồng độ 1.500 – 2.000 mg/m³ trong thời gian 30phút sẽ nguy hiểm đối với tính mạng.

 

1.1.1.6  HYDRO SUNFUA (H₂S)

- Phát hiện dễ dàng nhờ vào mùi đặc trưng.

- Xâm nhập vào cơ thể qua phổi, H₂S bị oxy hoá => sunfat, các hợp chất có độc tính thấp. Không tích lũy trong cơ thể. Khoảng 6% lượng khí hấp thụ sẽ được thải ra ngoài qua khí thở ra, phần còn lại sau khi chuyển hóa được bài tiết qua nước tiểu.

- Ở nồng độ thấp, H₂S có kích thích lên mắt và đường hô hấp.

- Hít thở lượng lớn hỗn hợp khí H₂S, mercaptan, ammoniac… gây thiếu oxy đột ngột, có thể dẫn đến tử vong do ngạt.

- Dấu hiệu nhiễm độc cấp tính: buồn nôn, rối loạn tiêu hóa, tiêu chảy, mũi họng khô và có mùi hôi, mắt có biểu hiện phù mi, viêm kết mạc nhãn cầu, tiết dịch mủ và giảm thị lực.

- Sunfua được tạo thành xâm nhập hệ tuần hoàn tác động đến các vùng cảm giác – mạch, vùng sinh phản xạ của các thần kinh động mạch cảnh.

- Thường xuyên tiếp xúc với H₂S ở nồng độ dưới mức gây độc cấp tính có thể gây nhiễm độc mãn tính. Các triệu chứng có thể là: suy nhược, rối loạn hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, tính khí thất thường, khó tập trung, mất ngủ, viêm phế quản mãn tính…

 

1.1.1.7  Tác hại của  HYDROCACBON

- Hơi dầu có chứa các chất hydrocacbon nhẹ như metan, propan, butan, sunfua hydro.

- Giới hạn nhiễm độc của các khí như sau:

ü  Metan                  60-95 %

ü  Propan                  10 %

ü  Butan                     30 %

ü  Sulfua hydro        10 ppm

- Tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam năm 1977 qui định tại nơi lao động: Dầu xăng nhiên liệu là 100mg/m³, dầu hỏa là 300mg/m³. TCVN 5938-2005 qui định nồng độ xăng dầu trong không khí xung quanh tối đa trong 1 giờ là 5mg/m³.

- Nồng độ hơi xăng, dầu từ 45% (thể tích) trở lên sẽ gây ngạt thở do thiếu ôxy. Triệu chứng nhiễm độc như say, co giật, ngạt, viêm phổi, áp xe phổi.

- Dầu xăng ở nồng độ trên 40.000 mg/m³ có thể bị tai biến cấp tính với các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, ở nồng độ trên 60.000 mg/m³ sẽ xuất hiện các cơn co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong.

- Người nhạy cảm xăng dầu: tác động trực tiếp lên da (ghẻ, ban đỏ, eczema, bệnh nốt dầu, ung thư da).

- Các hydrocacbon mạch thẳng như dung môi naphta; các hydrocacbon mạch vòng như cyclohexan; các hydrocacbon mạch vòng thơm như benzen, toluen, xylen; các dẫn xuất của hydrocacbon như cyclohexanol, butanol, axeton, etyl acetat, butyl acetat, metyletyl xeton (MEK) và các dẫn xuất halogen.

- Các hợp chất hữu cơ bay hơi (THC): Dưới ánh sáng mặt trời, các THC với NO_x tạo thành ozon hoặc những chất oxy hóa mạnh khác. Các chất này có hại tới sức khỏe (rối loạn hô hấp, đau đầu, nhức mắt), gây hại cho cây cối và vật liệu.

 

1.1.1.8 Tác hại của  FORMALDEHYDE

- Formaldehyde với nồng độ thấp kích thích da, mắt, đường hô hấp, ở liều cao có tác động toàn thân, gây ngủ.

- Nhiễm theo đường tiêu hoá với liều lượng cao hơn 200mg/ngày sẽ gây nôn, choáng váng.

- Người bị nhiễm độc mãn tính có tổn thương rất đặc trưng ở móng tay: móng tay màu nâu, mềm ra, dễ gẫy, viêm nhiễm ở xung quanh móng rồi mưng mủ.

- Nồng độ tối đa cho phép của hơi formaldehyde trong không khí là 0,012mg/m³ (TCVN 5938-1995), trong khí thải là 6 mg/m³.

- Tổ chức Y tế Thế giới: nồng độ giới hạn formandehyde là 100 mg/m³ trong không khí với thời gian trung bình 30phút.

 

1.1.2  Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí tới thực vật:

- Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng tai hại cho tất cả sinh vật.

- Thực vật rất nhạy cảm đối với ô nhiễm không khí.

- SO₂, NO₂, ozon, fluor, chì… gây hại trực tiếp cho thực vật khi đi vào khí khổng, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước và giảm khả năng kháng bệnh.

- Ngăn cản sự quang hợp và tăng trưởng của thực vật; giảm sự hấp thu thức ăn, làm lá vàng và rụng sớm.

- Đa số cây ăn quả rất nhạy đối với HF. Khi tiếp xúc với nồng độ HF lớn hơn 0,002 mg/m³ thì lá cây bị cháy đốm, rụng lá.

- Mưa acid còn tác động gián tiếp lên thực vật và làm cây thiếu thức ăn như Ca và giết chết các vi sinh vật đất. Nó làm ion Al được giải phóng vào nước làm hại rễ cây (lông hút) và làm giảm hấp thu thức ăn và nước.

- Ðối với động vật, nhất là vật nuôi, thì fluor gây nhiều tai họa hơn cả. Chúng bị nhiễm độc do hít trực tiếp và qua chuỗi thức ăn.

 

1.1.3.  Ảnh hưởng tới tài sản:

Hình 1.4: Bụi trong thành phố

 

- Làm gỉ kim loại.

- Ăn mòn bêtông.

- Mài mòn, phân huỷ chất sõn trên bề mặt sản phẩm.

- Làm mất màu, hư hại tranh.

- Làm giảm độ bền dẻo, mất màu sợi vải.

- Giảm độ bền của giấy, cao su, thuộc da.

Þ    Với tất cả các ảnh hưởng nghiêm trọng trên, việc nghiên cứu một công nghệ xử lý khí thải là rất cần thiết.

 

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :

- Trong các loại ô nhiễm không khí, ô nhiễm mùi là vấn đề phức tạp nhất vì mùi là hiện tượng mang bản chất vừa vật lý, vừa hóa học và cả sinh học.

- Chất có mùi khuếch tán rất mạnh các phân tử của nó vào trong không khí, con người hít thở các phân tử nói trên vào khoang mũi và xảy ra sự thẩm thấu của các phân tử gây mùi vào lớp màng tế bào của biểu mô tiếp nhận mùi của khứu giác kèm theo các phản ứng hóa học khác nhau, tạo thành xung điện sinh học. Các xung điện được thần kinh khứu giác khuếch đại và chuyển lên não.

- Các chất có mùi có những đặc điểm sau:

+ Dễ bay hơi.

+ Dễ bị hấp thụ trên bề mặt rất nhạy cảm của biểu mô khứu giác.

+ Thông thường không có mặt trong vùng biểu mô khứu giác.

- Một số nguồn thải mùi chủ yếu sau:

+ Quá trình đốt nhiên liệu: khí thải đầu máy diezel và máy nổ chạy xăng, mùi từ các lò luyện cốc và lò sản xuất than.

+ Nguồn gốc động vật: nhà máy thịt hộp và thắng mỡ, nhà máy chế biến cá, dầu cá, trại nuôi và giết mổ gia cầm, gia súc.

Þ    Với những vấn đề về sự ảnh hưởng của mùi như đã nêu thì đề tài của em càng mang ý nghĩa thực tiễn, giúp cuộc môi trường sống của chúng ta sẽ trong sạch và tốt hơn. Trong tình hình công nghiệp hóa và hiện đại hóa như hiện nay ở nước ta, việc không ngừng tìm hiểu và nghiên cứu tìm ra các công nghệ mới là rất cần thiết. Với đề tài xử lý khí đã rất nhiều cá nhân, đơn vị hay công ty thành công nhưng nhìn chung chúng đều qua rất nhiều công đoạn và kinh phí vận hành lớn.

 

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài:

Trong bối cảnh nêu trên, việc nghiên cứu một công nghệ xử lý mới để giúp cho rút ngắn thời gian cũng như tiền bạc trong vần đề xử lý khí của những công ty được tốt hơn là cấp thiết. Mục đích của luận văn“ Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm xử lý khí thải trong nhà máy chế biến thủy sản bằng công nghệ plasma” là nhằm nâng cao hiệu quả và áp dụng khoa học kỹ thuật mới trong công nghiệp.

 

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Thực tại ô nhiễm không khí do các khí thải từ khu công nghiệp

- Khí thải của nhà máy chế biến thủy sản

- Công nghệ plasma.

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Không đi sâu vào phân tích các phương pháp xử lý khí trước đây.

- Chỉ quan tâm giải quyết vấn đề mùi hôi trong khí thải nhà máy chế biến thủy sản.

 

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

- Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết ứng dụng. Khảo sát và đánh giá lượng và loại khí thải ,xác định các thông số cần thiết cho việc thiết kế. Tìm hiểu các công nghệ xử lý khí hiện có từ đó đề xuất nguyên lý làm việc của thiết bị, vận dụng các kiến thức đã được trang bị để tính toán thiết kế các chi tiết chủ yếu.

- Sử dụng phần mềm Pro, Autocad, … và tra cứu thông tin trên mạng internet cũng như tìm đọc những tài liệu trên sách vở.

 

1.6 Cơ sở phương pháp luận:

Cơ sở của việc nghiên cứu đề tài là dựa trên những thành công từ việc dùng plasma xử lý nước thải. Các tia plasma có khả năng ion hóa rất cao,chúng sẽ giúp ion hóa các khí có mùi và độc hại thành các phân tử có thể thải ra môi trường.

 

1.7 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:

Áp dụng phương pháp thử nghiệm nhiều lần để tìm ra cách tốt nhất giải quyết vấn đề mùi hôi của khí thải.Bằng việc cho các yếu tố có liên quan không đổi và giải quyết một yếu tố phụ thuộc vào một yếu tố khác.

 

1.8 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp:

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm bảy chương, trong đó chương một và hai là giới thiệu tổng quát về đề tài đang nghiên cứu, chương ba là cơ sở lý thuyết, chương bốn là phương hướng và giải pháp, chương năm là tính toán lý thuyết, chương sáu là kiểm nghiệm và chương bảy là phần kết.