Xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

 Tại sao phải xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than?

Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống của con người, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao. Theo thời gian, nhu cầu sử dụng điện năng ở Việt Nam ngày càng tăng cao dần, vì vậy mà sản lượng điện ở Việt Nam hằng năm cũng tăng mạnh nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng điện của người dân. Để đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện cho người dân, nhiệt điện đốt than được ưu tiên lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời gian xây dựng nhanh hơn so với thủy điện. Nguồn nguyên liệu trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên. Tuy nhiên, bên cạnh về lợi ích kinh tế mà ngành này mang lại cho xã hội thì vấn đề về môi trường cũng cần phải được quan tâm, đặc biệt là môi trường không khí đang bị ô nhiễm nặng do khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than gây ra. Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí cũng như đảm bảo chất lượng môi trường sống của người dân được trong sạch thì việc xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than là việc làm hết sức cần thiết hiện nay.

Khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Các đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu. Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trình sản xuất là than antraxit- loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng khói lớn nên khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có những đặc trưng sau:

Lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 và NOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên. Hàm lượng lưu huỳnh trong than ≅ 0,5% nên trong khí thải có nồng độ SO2 cao, vượt quá quy chuẩn xả thải cho phép.

Ngoài ra còn có các khí thải của phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy, các chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ ống dẫn, bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình chuyển than và vận chuyển sản xuất…

Các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Tác hại của tro, bụi:

Tro, bụi có trong dòng khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, đặc biệt là người già và trẻ em và những người mắc bệnh về hô hấp. Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10µm có thể đi vào tận phế nang gây viêm thành phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5µm có thể đi vào tận màng phổi và đọng lại trong đó gây viêm phổi. Nều nồng độ cao và kéo dài có thể dẫn đến ung thư phổi. Một số bệnh ở con người do bụi gây ra:

Đối với bệnh hô hấp: viêm mũi, viêm phế quảng, hen suyễn, viêm phổi, ung thư phổi.

Đối với hệ tiêu hóa: giảm men răng, gây sâu răng, gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn tiêu hóa, viêm dạ dày, viêm nhiễm đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng.

Đối với da: tác động đến tuyến nhờn ở da làm khô da, kích thích gây dị ứng da, viêm da, sinh mụn trứng cá, mụn nhọt, lở loét da.

Đối với mắt: khi bụi tiếp xúc trực tiếp với mắt sẽ kích thích màng tiếp hợp gây sung đỏ, chảy nước mắt. Nếu tình trạng này kéo dài có thể gây tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mắt, viêm giác mạc, giảm thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt.

Bụi còn có tác hại đến hệ sinh thái, mùa màng: khi bụi lắng đọng trên lá cây, nếu không có nước mưa rửa sạch thì sẽ ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổi chất làm cây cối chậm phát triển. Điều này làm cho hệ sinh thái bị ảnh hưởng nặng nề và làm tổn thất mùa màng.

Khi bụi phát tán ra ngoài khí quyển làm giảm đi độ trong lành của khí quyển, cản trở tầm nhìn, ảnh hưởng đến thiết bị, giảm tuổi thọ công trình và mất thẩm mỹ quan.

Tác hại của khí SO2

SO2 là chất khí không màu, không cháy, có vị hăng. Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác, SO2 dễ bị oxi hóa và biến thành SO3 trong khí quyển.

Khí SO2 là loại khí độc không chỉ đối với con người mà còn đối với động thực vật và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

Đối với sức khỏe con người

SO2 là chất có tính kích thích, dễ hòa tan trong nước và được hấp thụ hoàn toàn rất nhanh khi hít thở ở đoạn trên của đường hô hấp. Ở nồng độ thấp (1-5ppm) sẽ xuất hiện sự co thắt tạm thời các cơ mềm của khí quản và ở nồng độ cao hơn, khí SO2 gây xuất tiết nước nhầy và viêm tấy thành phế quản, gây khó thở.

Liều lượng gây độc đối với sức khỏe con người

SO2 có thể xâm nhập qua cơ thể qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan bởi 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 qua da và gây ra các chuyển đối hóa học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và gây ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.

Trong máu, SO2 tham gia vào nhiều phản ứng hóa học và gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobin để chuyển 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.

Đối với thực vật:

Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y

Liều lượng gây độc đối với thực vật

 Đối với môi trường

SO2 bị oxi hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa gây ra mưa axit sunfuric hay các muối sunfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường.

Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủy sinh và các loài cá.

Rừng bị hủy diệt và sản lượng cây trồng giảm sút.

Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.

Tác hại của khí NO2

NO2 là khí có màu nâu đỏ, có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện ở khoảng nồng độ 0,12ppm.NO2 là chất khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp, tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng.

Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau ít phút.

Ở nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp.

Với khoảng 0,6ppm, nếu con người tiếp xúc lâu dài có thể gây các bệnh nghiêm trọng về phổi.

Với khoảng 1ppm, NO2 cũng gây những tác hại nghiêm trọng đến các loài thực vật nhạy cảm, và NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính.

Tác hại của khí CO

Khí CO là loại khí không màu, không mùi vị, được tạo ra từ quá trình cháy không hoàn toàn của nguyên liệu than. CO có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, đặc biệt là đối với phụ nữ mang thai và người có bệnh về tim mạch, nếu tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm đến tính mạng vì ái lực của CO với hemoglobin cao gấp 200 so với oxi nên khi vào máu sẽ tác dụng ngay với hemoglobin và các trở quá trình vận chuyển oxi từ máu đến mô.

Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đau đầu, chóng mặt.

Từ 10 – 250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch và thậm chí có thể dẫn đến tử vong.

Rất nhiều nghiên cứu trên động vật và con người đã chứng minh rằng những người có bệnh về tim mạch sẽ bị căng thẳng thêm khi nồng độ CO ở trong máu tăng cao. Đặc biệt các nghiên cứu lâm sàn đã cho thấy người hay bị đau đầu khi tiếp xúc với CO ở nồng độ cao sẽ kéo dài thời gian đau. Những người khỏe mạnh cũng sẽ chịu ảnh hưởng bởi tác động của CO khi tiếp xúc ở nồng độ cao dẫn đến giản khả năng thị lực, năng lực làm việc, khả năng học tập và hiệu suất công việc.

Với những tác hại nghiêm trong của các khí thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than như đã trình bày trên thì cần phải có phương pháp xử lý lượng khí thải độc hại đó một cách thích hợp trước khi đưa ra ngoài môi trường để hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường không khí do khí thải từ đốt than gây ra.

Đề xuất phương pháp xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao, và chứa nhiều chất ô nhiễm dạng khí như SOX, NOX,… có tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Vì vậy, chúng ta cần có hệ thống xử lý các chất thải độc hại này trước khi đưa chúng ra ngoài môi trường và phải đảm bảo nồng độ khí thải sau xử lý phải đạt tiêu chuẩn cho phép ( dựa theo QCVN 22/2009/BTNMT: khí thải công nghiệp nhiệt điện). Việc lựa chọn các thiết bị cho hệ thống xử lý phụ thuộc vào đặc tính của dòng thải, điều kiện kinh tế kỹ thuật của mỗi địa phương, quốc gia, đồng thời cũng phải đảm bảo đạt được hiệu xuất xử lý.

Vì dòng khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có nồng độ bụi khá cao nên chúng ta phải xử lý bụi trước khi thải ra môi trường là một vấn đề cần cân nhắc khi xây dựng, thiết kệ hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than. Ngoài ra, do dòng khí thải có lưu lượng lớn nhưng độ ẩm lại khá thấp nên việc lựa chọn xử lý bằng phương pháp khô sẽ giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa tránh phát sinh lưu lượng nước thải lớn sau khi xử lý.

Để xử lý bụi, có thể lựa chọn kết hợp giữa buồng lắng và xyclon, giúp đảm bảo về nguồn kinh tế cũng như hiệu xuất sau xử lý.

Đối với xử lý SO2 có thể lựa chọn phương pháp hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 vì những ưu điểm sau:

Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm.

Chất thải thứ cấp được đưa về dạng thạch cao, không gây ô nhiễm cho môi trường và có thể tách ra đem đi chôn lấp dễ dàng.

Có tính ăn mòn thiết bị yếu, ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý.

Ca(OH)2 ngoài tác dụng hấp thụ khí SO2 còn có tác dụng làm nguội dòng khí thải nhằm đáp ứng tiêu chuẩn về nhiệt độ của dòng khí thải đầu ra ống khói.

Tháp hấp thụ được chọn là tháp đệm vì dòng khí có chứa bụi và tạo được bề mặt tiếp xúc lớn nên tháp sẽ có kích thước nhỏ, đảm bảo về mặt kinh tế hơn.Vật liệu đệm là vòng sứ với ưu điểm là chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu được nhiệt độ cao,ngoài ra còn có tác dụng kết dính bụi trong khí thải vào dung dịch hấp thụ sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng.

Đối với xử lý khí NOx , hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác có chọn lọc với chất khử là NH3 và chất xúc tác là V2O5, nhiệt độ làm việc khoảng từ 300 – 4500C. Đây là phương pháp có hiệu xuất xử lý cao, nhiệt độ làm việc thấp hơn nhiều so với các phương pháp khử khác.

Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Khí thải  nhà máy nhiệt điện đốt than được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để làm giảm bớt nhiệt độ ban đầu của dòng khí thải đầu vào với chất tải nhiệt có thể là nước vì rẻ tiền và có sẵn trong hệ thống cấp nước của nhà máy, nước nóng sau khi tải nhiệt thì một phần cấp cho lò hơi, một phần nước nóng cấp cho sinh hoạt.

Dòng khí thải sau khi được giảm nhiệt sẽ dẫn qua thiết bị lọc bụi xyclon để loại bỏ những hạt bụi khô ra khỏi dòng khí nhờ tác dụng của lực quán tính ly tâm, những hạt bụi khô sẽ rơi vào thùng chưa bụi và khí thải sạch bụi sẽ được dẫn về tháp khử NOx.

Trong tháp khử NOx, chất khử chọn lọc được sử dụng là NH3 với chất xúc tác là V2O5 ở nhiệt độ khoảng 3700C. Qúa trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác V2O5 tạo thành Nitơ và nước với các phản ứng khử sau:

6NO + 4NH3 --> 6H2O + 5 N2

4NO + 4NH3 + O2 --> 6H2O + 4N2

6NO2 + 8NH3 --> 12H2O + 7N2

2NO2 + 4NH3 + O2 --> 6H2O + 3N2

Khí thải sau khi xử lý NOx có nhiệt độ dòng khí vẫn còn cao và chứa SO2 nên sẽ được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để làm giảm nhiệt độ dòng khí trước khi đưa vào tháp hấp thụ khí SO2.

Trong tháp hấp thụ, dòng khí đi từ dưới lên và dung dịch hấp thụ Ca(OH)2 được phun từ trên xuống nhờ hệ thống giàn phun. Khí SO2 tiếp xúc với Ca(OH)2 xảy ra phản ứng và sản phẩm tạo thành là bùn thạch cao. Bùn thạch cao được lắng xuống đáy tháp và được đưa đi xử lý định kỳ. Phần khí sách lên trên qua bộ khử ẩm (để tách nước và bùn còn dính trong khí) rồi ra ngoài qua ống khói nhờ quạt hút. Khí thải đầu ra đảm bảo đạt quy chuẩn QCVN 22:2009/BTNMT.