Công nghệ Plasma xử lý khí thải hiệu quả với những chất ô nhiễm nào?

Công nghệ plasma xử lý khí thải là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong xử lý khí thải công nghiệp. Với cách thức vận hành tiên tiến, sử dụng dòng điện cao để loại bỏ chất gây ô nhiễm, tạo ra chất thân thiện môi trường, thiết bị xử lý khí thải plasma không chỉ mang đến hiệu quả cao mà còn phù hợp với nhu cầu “năng lượng xanh” hiện nay.

1. Công nghệ plasma xử lý khí thải là gì?

Công nghệ plasma được ứng dụng với 2 mục tiêu chính là xử lý chất gây ô nhiễm (bao gồm cả bụi) và khử trùng. Phương pháp này có thể ứng dụng trong môi trường nước và khí do đó, chúng là một trong những thiết bị xử lý chất thải công nghiệp linh hoạt nhất, phù hợp với nhiều dòng khí thải, nước thải thuộc các lĩnh vực sản xuất khác nhau. Để có thể làm sạch và khử trùng nước, xử lý chất gây ô nhiễm và loại bỏ bụi từ khí thải, công nghệ xử lý khí thải bằng plasma vận hành dựa trên quá trình vật lý kết hợp hóa học. Do đó, chúng có thể oxy hóa các phân tử gây ô nhiễm cũng như các hạt hữu cơ tồn tại trong khí thải. Bên cạnh đó, plasma là trạng thái vật chất thứ tư (sau chất rắn, chất lỏng, khí), có khả năng tồn tại trong điều kiện môi trường nhiệt độ cao, môi trường điện từ mạnh. Khi ở trạng thái plasma, các nguyên tử dễ dàng bị ion hóa thành electron và ion tự do, điều này sẽ tiếp tục tạo ra các phản ứng giữ ion cùng các nguyên tử và phân tử khác; dẫn đến các sản phẩm mới mang tính an toàn hơn, thân thiện hơn với con người cũng như môi trường xung quanh.

Một hệ thống xử lý khí thải công nghệ plasma có cấu trúc tương đối đơn giản với 5 bộ phận chính gồm: Quạt hút, bộ lọc, buồng plasma, mạch điều khiển, bộ điều khiển. Khi dòng khí thải sinh ra từ hệ thống sản xuất công nghiệp, chúng được máy bơm hút vào, đi qua lớp mảng lọc thô và đến buồng plasma. Tùy theo tốc độ cũng như lưu lượng của dòng khí mà van tiết lưu có thể điều chỉnh lượng khí phù hợp.

2. Các loại công nghệ plasma được ứng dụng trong xử lý khí thải

Với khả năng phân hủy hiệu quả các chất gây ô nhiễm, công nghệ plasma nói chung cũng như thiết bị xử lý khí thải plasma đã đóng góp một phần đáng kể vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp, đặc biệt là quá trình khử carbon trong khu vực nhà máy sản xuất chất bán dẫn. Dựa trên nguyên lý hoạt động, công nghệ plasma xử lý khí thải được chia thành 2 loại: Plasma lạnh và plasma nhiệt. Mỗi phương pháp có những đặc tính và ưu điểm riêng của mình.

2.1. Công nghệ plasma lạnh

Công nghệ plasma lạnh còn được gọi là plasma không nhiệt (NTP, viết tắt của từ Non-Thermal Plasma). Đặc điểm nổi bật của công nghệ này là các electron được cung cấp nguồn năng lượng đủ lớn để có thể kích hoạt các phản ứng hóa học. Mặc dù vậy, nhiệt độ tổng thể của dòng khí thải vẫn được duy trì ở mức thấp. Để có thể tạo ra môi trường plasma lạnh, điện áp cao được áp dụng trong khoảng thời gian đủ ngắn (5-10s) lên hệ thống điện cực, khi đó, các electron năng lượng cao được sinh ra mà không làm tăng nhiệt độ toàn bộ dòng khí. Cũng vì lý do đó mà phương pháp này được gọi là plasma không nhiệt.

 Cần lưu ý rằng, khoảng thời gian của xung điện khác nhau sẽ tác động đến các elcetron sinh ra. Plasma xung nano giây có thể tạo ra electron năng lượng cao trong khi plasma xung nanp micro có năng lượng thấp hơn. Do đó, plasma xung nano giây có thể tạo ra các phản ứng một cách nhanh chóng và mạnh mẽ hơn.

2.2. Công nghệ plasma xử lý khí thải nhiệt

Với công nghệ plasma nhiệt nguyên lý hoạt động là sinh ra trạng thái plasma năng lượng cao giữa 2 điện cực từ đó tạo ra các elcetron và ion tự do. Một số ion và electron được đưa vào lò phản ứng kết hợp với điều kiện nhiệt độ cao, khi các phẩn tử khí từ quá trình bán dẫn trong lò phản ứng bị phá vỡ bởi năng lượng cao, quá trình phân hủy nhiệt được tạo thành, phá vỡ cấu trúc của phân tử khí tạo thành các gốc tự do. Các phân tử này không thể tái kết hợp thành dạng ban đầu (chất gây ô nhiễm) mà phản ứng với nhau và tạo thành hợp chất vô hại.

2.3. So sánh plasma lạnh và plasma nhiệt

Về cơ bản, có thể thấy nguyên lý hoạt động của công nghệ plasma nhiệt và plasma lạnh có sự trái ngược hoàn toàn. Nếu plasma nhiệt tạo ra môi trường nhiệt độ cao thì plasma lạnh lại duy trì nhiệt độ của dòng khí ở mức độ thấp. Nếu như plasma lạnh có khả năng thúc đẩy quá trình ly phân, nhiệt phân cũng như chuyển hóa các hợp chất trong dòng khí thì plasma lạnh lại tạo ra các electron năng lượng cao kết hợp các phản ứng gốc như OH, O hay O3 để tạo thành phản ứng oxy hóa, phân hủy chất gây ô nhiễm.

Có thể đưa ra so sánh cụ thể của 2 công nghệ này trong bảng sau:

3. Ưu và nhược điểm của công nghệ plasma xử lý khí thải

Đánh giá tổng quát công nghệ plasma xử lý khí thải, có thể thấy, phương pháp xử lý khí thải này khá hiệu quả, là một trong những nhóm công nghệ có tiềm năng lớn, đặc biệt là với các ngành công nghiệp có khí thải chứa VOC, mùi và các hạt bụi, sol khí. Cụ thể hơn, các ưu và nhược điểm của công nghệ plasma bao gồm:

3.1. Ưu điểm của công nghệ plasma

• Khả năng xử lý: Công nghệ plasma ứng dụng trong xử lý khí thải có tiềm năng cao, phù hợp với khí thải có chứa VOC, mùi, chất ô nhiễm dạng hạt. Mặc dù vậy, hiệu quả làm việc vận dựa vào nhiều yêu tố khác nhau như: điều kiện vận hàng, nồng độ các chất có trong dòng khí.
• Linh hoạt trong ứng dụng: Với 2 công nghệ plasma lạnh và công nghệ plasma nhiệt, với đặc tính đặc thù của khí thải cũng như thành phần của các chất có yêu cầu tạo ra các electron năng lượng cao hay không mà kỹ thuật viên có thể đề xuất công nghệ phù hợp. Bên cạnh đó, máy xử lý khí thải plasma cũng dễ dàng kết hợp cùng các thiết bị xử lý khí thải khác nhằm đạt được kết quả làm sạch cao nhất.
• Chi phí vận hành: Trong quá trình vận hành hệ thống xử lý khí thải công nghệ plasma, nguồn năng lượng được sử dụng ở mức trung bình, do đó, chi phí vận hành, cụ thể hơn là chi phí năng lượng tương đối thấp, giúp doanh nghiệp tiết kiệm được nguồn kinh tế.

3.2. Nhược điểm của thiết bị xử lý khí thải công nghệ plasma

Bên cạnh các ưu điểm nêu trên, cần nhấn mạnh rằng, máy xử lý khí thải plasma cũng có những hạn chế nhất định, yêu cầu doanh nghiệp và kỹ thuật viên cần nằm rõ trước và trong khi vận hành để giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra.

• Hiệu suất không đồng đều, có thể phát sinh sản phẩm phụ không mong muốn: Trong quá trình làm việc, từ các thành phần ban đầu, luồng khí thải có thể xuất hiện thêm các chất mới không thân thiện mà con người không thể lường trước. Đây là vấn đề quan trọng, do đó, cần xem xét kỹ lượng sản phẩm đầu ra.
• Kết quả xử lý khí thải phụ thuộc vào dòng khí đầu vào: Với công nghệ plasma, chất lượng dòng khí sau khi xử lý phụ thuộc tương đối nhiều vào

4. Công nghệ plasma xử lý khí thải phù hợp với những ngành công nghiệp nào?

Xử lý khí thải công nghiệp plasma là phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều nhà máy, khu chế xuất tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Bằng những ưu điểm nổi bật của mình, thiết bị này vẫn là công nghệ hàng đầu, đặc biệt phù hợp với các ngành sản xuất tạo ra chất thải có chứa hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), khí thải nặng hoặc flo hóa. Một số ngành công nghiệp điển hình áp dụng công nghệ plasma có thể nhắc đến gồm:

• Công nghiệp bán dẫn và điện tử
• Hóa chất và hóa dầu
• Ngành chế biến kim loại và công nghiệp nặng
• Sản xuất điện năng từ thủy tinh
• Ngành nhiệt điện
• Xử lý chất thải y tế
• Xử lý chất thải nguy hại

Tại Việt Nam, công nghệ xử lý khí thải plasma đã và đang được ứng dụng rộng rãi. Các nhà cung cấp cũng cải tiến không ngừng, hướng đến mục tiêu nâng cao hiệu quả vận hành. Bên cạnh đó, theo yêu cầu thực tế của doanh nghiệp, máy xử lý khí thải công nghệ plasma có thể tích hợp với máy lọc tĩnh điện hoặc phương pháp lọc sinh học, xúc tác,… Để lựa chọn được thiết bị xử lý khí thải phù hợp, doanh nghiệp cần liên hệ trực tiếp với các nhà cung cấp để được tư vấn giải pháp.