by ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SO2 TỪ CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
ĐỂ GIẢM THIỂU TÁC HẠI MÔI TRƯỜNG VÀ THU HỒI THẠCH CAO THƯƠNG PHẨM
Tóm tắt: Hiện nay cả nước có 19 nhà máy nhiệt điện sản xuất 14.000MW, theo sơ đồ quy hoạch điện VII (QHĐVII) đến năm 2030 công suất phát của các nhà máy nhiệt điện là 147.000MW, sẽ cần một lượng than đá là 171 triệu tấn/ năm. Trong than đá có chứa lưu huỳnh (S) từ (2 – 3)%, khi đốt cháy ở nhiệt độ cao trong các lò nung thì lưu huỳnh (S) kết hợp vời khí oxy sẽ tạo ra khí sunfur (SO2) và nito (N) thành khí NOx, khi gặp nước chúng sẽ tạo ra axit sunfurit (H2SO4), hay axit nitrit (HNO3), các loại axit này hòa vào những cơn mưa biến thành những trận mưa axit, gây thiệt hại không nhỏ về sức khỏe của con người, các loài động, thực vật, các công trình kiến trúc bằng đá cũng bị các loại hóa chất này gặm nhấm, bào mòn theo thời gian…
Ngày 12/4/2017 Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số 542QĐ-TTg phê duyệt “Đề án đầy mạnh xử lý, sử dụng tro xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điên …”. Trong bài viết này tác giả xin giới thiệu một giải pháp công nghệ đang được nhiều nước công nghiệp phát triển dùng để xử lý khí SO2 thải từ các nhà máy nhiệt điện, nhằm giảm thiểu tác động môi trường và thu hồi thạch cao tinh khiết dùng làm vật liệu xây dựng thân hiện với môi trường.
1 - Khí SO2 và thảm họa môi trường
Trong các ngành công nghiệp hiện nay như: các nhà máy nhiệt điện chạy than, các loại lò nung, luyện kim, hóa chất, các phương tiện giao thông vận tải… dùng rộng rãi các nhiên liệu hóa thạch: than đá hoặc các loại dầu, khí khai thác từ dầu mỏ, đều thải ra bầu khí quyển một lượng lớn khí SO2. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng khi đốt cháy 1 triệu tấn than đá có chứa 2% lưu huỳnh, thì lượng khí SO2 thải vào khí quyển là 120 tấn.
Theo sơ đồ quy hoạch phát triển các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2030 (QHĐ VII) riêng công suất phát của các nhà máy điện than vào các năm từ 2015 đến năm 2030 như trích dẫn ở bảng I (1). Nếu lấy giá trị trung bình trong mỗi tấn than có chứa 2% lưu huỳnh thì lượng khí SO2 thải ra môi trường tương ứng với thời gian là 3.840, 9.360, 14.160, và 20.520 tấn SO2/năm (như thể hiện ở dòng cuối cùng của bảng I), chưa kể đến các lượng nhiên liệu than, dầu, khí tiêu thụ trong các ngành công nghiệp khác cũng thải vào không khí lượng khí SO2 không hề nhỏ.
Phản ứng cuối cùng là lưu huỳnh điôxit phản ứng với nước tạo thành axit sunfurit H2SO4, axit sunfurit hòa tan vào nước mưa tạo ra các trận mưa axit, tưới lên nhiều vùng diện tích cây trồng, và các hồ ao nuôi thủy, hải sản, trên các công trình kiến trúc bắng đá… gây thiệt hại không nhỏ cho nền kinh tế và sức khỏe của con người. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5939-1995 nồng độ khí phát thải cho phép của SO2 là dưới 500mg/m3, và độ PH = 5,6 thì được gọi là mưa axit, độ PH càng nhỏ thì tính axit càng cao (châu Âu PH = 5).
Vấn đề mưa axit từ lâu đã trở thành mối hiểm họa ở các nước công nghiệp phát triển, dưới đây xin nêu một vài ví dụ về tác hại những cơn mưa axit đã xãy ra trên thế giới: Hoa Kỳ là một nước công nghiệp lớn nhất hành tinh, vào năm 1977 đã thải vào bầu khí quyển 31 triệu tấn ôxit sunfur (SO2) và 22 triệu tấn ôxit nitơ, trong đó 80% là do hoạt động của các thiết bị tạo năng lượng, 20% còn lại là do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch của các ngành khác nhau.
Năm 1967, một cây cầu ở Bang Ohio đã bất ngờ bị đổ sập, làm nhiều người chết và nhiều phương tiện giao thông bị nhấn chìm xuống sông. Nguyên nhân được các nhà khoa học xác định là do mưa axit. Năm 1979 có một trận mưa axit trút xuống khu vực West Viginia (Hoa Kỳ), đây là trận mưa axit được ghi nhận có nồng độ axit cao nhất trên lịch sử thế giới, có nồng độ axit tương đương với nồng độ dùng để đổ vào accu! Hằng năm các cơn mưa axit đã thiêu hủy của nước này khoảng 5 tỷ đô la (2).
Ở Việt Nam hiện tượng mưa axit đã xuất hiện từ những năm 1990 như: ở Cà Mau (năm 1998), Lạng Sơn, Lào Cai… (2013) Lượng mưa axit tăng đáng kể và thường xảy ra ở những thành phố lớn như: Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố HCM, Cần Thơ, Đà Nẵng, đặc biệt là thành phố Cần Thơ, theo thống kê tần suất xuất hiện mưa axit ở thành phố này trung bình trong 10 năm lên đến 58% (2). Ngoài ra, ở Việt Nam còn phải chịu ảnh hưởng của hiện tượng được gọi là hiện tượng ô nhiễm không khí xuyên biên giới, như ở các tỉnh miền Tây Nam Bộ, do gió Đông Nam và Tây Nam đẩy không khí bị ô nhiễm do cháy rừng, núi lửa… từ các nước Philipines, Malaysia, Indonesia chuyển tới; còn phía Bắc các loại khí thải công nghiệp từ phía Nam Trung Quốc, Đài Loan (TQ) theo gió mùa Đông Bắc đã chuyển đến, đặc biệt là vùng Đông Bắc và phía Bắc. Vì vậy, việc ứng dụng các biện pháp để giảm thiểu lượng khí SO2 cũng như các loại khí độc hại khác cũng là việc cần đặc biệt quan tâm giải quyết ngay từ bây giờ.
2. Quá trình công nghệ biến khí thải SO2 từ các nhà máy nhiệt điện và luyện kim để thu hồi thạch cao
Việc hấp thụ khí SO2 có thể thực hiện bằng nhiều cách, như: dùng nước; bằng đá vôi (CaCO3) hoặc đá vôi nung (CaO); bằng AMONIAC; bằng MAGIE OXIT (MgO)… nhưng ở đây xin giới thiệu phương pháp dùng vôi nung và thu được sản phẩm cuối cùng là thạch cao tinh khiết, dùng làm vật liệu xây dựng, tượng đài, sản phẩm mỹ nghệ… thân thiện môi trường. Phương pháp này được ứng dụng rất rộng rãi trong các nước công nghiệp phát triển, vì cho hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu dùng cho việc xử lý rẻ tiền và có ở khắp mọi nơi.
Các phản ứng hóa học xãy ra trong quá trình xử lý như sau:
với đá vôi CaCO3 + SO2 -> CaSO3 + SO2
với vôi nung CaO + SO2 -> CaSO3
2CaSO3 + O2 -> 2CaSO4
Sơ đồ hình 2 dưới đây giới thiệu hệ thống quy trình xử lý SO2 bằng sữa vôi, đã được áp dụng ở Nhật Bản, sản phẩm cuối cùng nhận được từ hệ thống này là thạch cao thương phẩm (2).
Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng sữa vôi đã được triển khai sản xuất ở Nhật Bản từ trước năm 2000 hoạt động như sau: khói thải đã được làm sạch bụi và làm nguội đến nhiệt độ T=(130-140) oC và tách riêng khí SO2 ở các công đoạn trước được đưa vào tháp hấp thụ (1) để tưới dung dịch sữa vôi bisunfit – sunfat canxi, dung dịch này được bổ sung liên tục sữa vôi mới. Khí ra khỏi tháp (1) nhiệt độ của không khí còn 60oC, và chuyển một phần vào thiết bị làm nguội (2) để hạ nhiệt độ xuống còn 40oC, đi vào tháp (3), và được tưới tiếp dung dịch bisunfit – sunfat lấy từ tháp (4). Dung dịch tưới cho các tháp 1, 3 và 4, đều lấy từ các bể chứa (5). Nước từ thùng cô đặc (6) được đưa sang bể số (7) để tiếp tục làm sữa vôi mới và tiếp tục được dùng lại, nghĩa là không thải ra bã cặn ra môi trường. Từ thùng chứa (8) sữa cô đặc được đưa sang thùng ôxy hóa (9), ở đó quá trình ôxy hóa diễn ra trong môi trường không khí thối có áp cao.
Kết quả là, tại đây các tinh thể thạch cao được hình thành. Tiếp theo, thạch cao loãng trong thùng (9) được chuyển tiếp sang máy quay ly tâm (10) để làm khô và nhận được thạch cao khô tinh khiết CaSO4,5H2O, sản phẩm này có độ sạch cao, cường độ chịu lực kéo đạt 17kG/cm2. Theo số liệu được công bố của Nhật Bản, với quy trình này được vận hành để xử lý khí thải SO2 có nồng độ ban đầu trong khói 0,3%, lưu lượng 62.500m3/h để sản xuất thạch cao, và năng suất có thể đạt tới 35T/ngày, chi phí đầu tư để xây dựng và trang thiết bị của nhà máy là 300.000 đôla Mỹ (3).
Ưu điểm của quy trình xử lý khí SO2 bằng sữa vôi theo sơ đồ này là:
đơn giản; chi phí đầu tư ban đầu không lớn, nhờ không chiếm nhiều diện tích xây dựng; thiết bị không cần phải dùng đến các loại vật liệu chống ăn mòn axit, mà chỉ dùng những loại vật liệu thông thường.
3 - Kết luận
1. Ở Việt Nam hiện nay hiện tượng mưa axit chưa quá nghiêm trọng nhưng với tốc độ phát triển kinh tế tăng trưởng đạt (6,5 – 7,0%)/ năm thì sau khoảng một thập niên nữa vấn đề ô nhiễm không khí bởi khói thải từ các nhà máy nhiệt điện cũng như các ngành công nghiệp khác sẽ trở thành vấn đề rất nghiêm trọng, trong đó có ô nhiễm khí SO2.
2. Tại thời điểm hiện tại việc dùng đá vôi nung (CaO) như sơ đồ đã được Nhật Bản áp dụng như trên là rất hiệu quả, và thích hợp nhất, vì ở Việt Nam có rất nhiều đá vôi và có ở rất nhiều nơi. Đặc biệt là xử lý theo công nghệ này tương tự như ”bắn một mũi tên trúng được hai đích”, vừa là xử lý được khí độc hại (SO2) trong môi trường, không thải sản phẩm phụ gây ô nhiễm môi môi trường vừa thu hồi được sản phẩm thạch cao là vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường.
Tác giả: PGS.TS.NGUYỄN CÔNG VÂN
0 comments: