SO2 trong khí thải: Nguồn phát sinh, quy chuẩn và cách xử lý

SO2 trong khí thải là một trong những vấn đề cần được kiểm soát tại các cơ sở sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, đặc biệt là lò hơi, nhà máy nhiệt điện, dây chuyền đốt và một số quá trình sản xuất công nghiệp. Nếu không được xử lý phù hợp, khí SO2 có thể gây tác động đến chất lượng không khí, sức khỏe con người và môi trường xung quanh.

Đối với doanh nghiệp, kiểm soát SO2 trong khí thải không chỉ là yêu cầu về môi trường mà còn liên quan trực tiếp đến việc lựa chọn công nghệ xử lý, thiết kế hệ thống và duy trì nồng độ khí thải trong giới hạn cho phép.

SO2 trong khí thải phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu

SO2 trong khí thải là gì?

SO2 hay sulfur dioxide, tiếng Việt là lưu huỳnh đioxit, là một hợp chất khí hình thành chủ yếu khi lưu huỳnh trong nhiên liệu hoặc nguyên liệu bị oxy hóa trong quá trình đốt và sản xuất.

Trong các hệ thống đốt công nghiệp, nhiên liệu như than, dầu hoặc một số loại nhiên liệu khác có thể chứa lưu huỳnh. Khi cháy, lưu huỳnh bị oxy hóa và tạo thành SO2. Vì vậy, SO2 trong khí thải thường được quan tâm đặc biệt tại những cơ sở sử dụng nhiên liệu rắn, lỏng hoặc các quy trình có liên quan đến hợp chất lưu huỳnh.

SO2 thuộc nhóm khí có tính axit. Khi phát thải vào môi trường, khí này có thể tham gia các quá trình hóa học trong khí quyển và góp phần hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp.

SO2 được hình thành như thế nào?

Có thể mô tả quá trình đơn giản như sau:

Lưu huỳnh trong nhiên liệu + O₂ → SO₂

Lượng SO2 hình thành phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu và điều kiện vận hành của quá trình đốt.

Vì vậy, muốn dự đoán tải lượng SO2 trong khí thải, không thể chỉ nhìn vào công suất lò mà cần xem xét cả loại nhiên liệu, mức tiêu thụ nhiên liệu và hàm lượng lưu huỳnh.

SO2 trong khí thải thường phát sinh từ đâu?

Một số nguồn phát sinh phổ biến gồm:

• Lò hơi công nghiệp.
• Nhà máy nhiệt điện.
• Thiết bị đốt nhiên liệu lỏng.
• Thiết bị đốt nhiên liệu rắn.
• Một số quá trình luyện kim.
• Sản xuất và xử lý các hợp chất chứa lưu huỳnh.
• Một số dây chuyền sản xuất hóa chất.

QCVN 19:2024/BTNMT hiện phân loại giới hạn SO2 theo nhiều nhóm thiết bị, trong đó có lò dầu tải nhiệt, lò hơi công nghiệp, thiết bị phát điện, sản xuất kim loại, sản xuất xi măng và các thiết bị xả thải khác.

SO2 trong khí thải gây ảnh hưởng như thế nào?

Tác động đến môi trường

Khi phát thải với nồng độ cao, SO2 có thể làm suy giảm chất lượng không khí và tham gia vào các phản ứng tạo thành các hợp chất có tính axit.

SO2 trong khí quyển cũng liên quan đến quá trình hình thành mưa axit. Các chất axit có thể tác động đến đất, nguồn nước, hệ sinh thái và công trình xây dựng.

Do đó, việc kiểm soát SO2 trong khí thải tại nguồn phát sinh là một phần quan trọng của hệ thống quản lý môi trường công nghiệp.

Tác động đến sức khỏe và thiết bị

SO2 có thể gây kích ứng đường hô hấp khi con người tiếp xúc với nồng độ cao. Những người có bệnh lý đường hô hấp có thể nhạy cảm hơn với loại khí này.

Trong môi trường sản xuất, khí có tính axit cũng có thể góp phần gây ăn mòn một số thiết bị, đường ống hoặc kết cấu nếu không được kiểm soát phù hợp.

Vì vậy, xử lý SO2 trong khí thải cần được xem xét đồng thời ở hai góc độ: bảo vệ môi trường và duy trì điều kiện vận hành an toàn cho hệ thống.

Quy chuẩn SO2 trong khí thải công nghiệp hiện nay

Đối với khí thải công nghiệp tại Việt Nam, QCVN 19:2024/BTNMT là quy chuẩn quan trọng cần được xem xét. Quy chuẩn được ban hành kèm Thông tư 45/2024/TT-BTNMT và có hiệu lực từ ngày 01/07/2025.

Khí thải nhà máy nhiệt điện là nguồn phát sinh SO2 lớn

Một điểm quan trọng là SO2 trong khí thải không có một giá trị giới hạn duy nhất cho mọi nhà máy. QCVN 19:2024/BTNMT chia giá trị giới hạn theo loại thiết bị xả thải và các cột A, B, C tương ứng với phân vùng môi trường.

QCVN 19:2024/BTNMT quy định SO2 như thế nào?

Ví dụ, đối với lò dầu tải nhiệt và lò hơi công nghiệp không bao gồm đốt chất thải, QCVN 19:2024/BTNMT quy định:

Các giá trị trên được quy định tại Bảng 1 của QCVN 19:2024/BTNMT và một số giá trị có kèm hàm lượng oxy tham chiếu.

Như vậy, khi đánh giá SO2 trong khí thải, doanh nghiệp phải xác định đúng loại nhiên liệu, công suất thiết bị và cột áp dụng trước khi kết luận khí thải có vượt quy chuẩn hay không.

Vì sao giới hạn SO2 khác nhau giữa các nguồn thải?

Các nguồn thải có đặc tính rất khác nhau.

Một lò hơi đốt dầu, một lò hơi đốt biomass và một nhà máy nhiệt điện đốt than có thể có tải lượng SO2, lưu lượng khí và điều kiện vận hành khác nhau.

Ngoài ra, QCVN 19:2024/BTNMT quy định cột A cho vùng bảo vệ nghiêm ngặt, cột B cho vùng hạn chế phát thải và cột C cho các trường hợp không thuộc hai nhóm trên.

Do đó, không nên sử dụng một con số “SO2 cho phép” chung cho mọi nhà máy.

Làm thế nào để xác định nồng độ SO2 trong khí thải?

Đơn vị đo và điều kiện quy đổi

Nồng độ SO2 trong khí thải thường được thể hiện bằng mg/Nm³ trong các quy chuẩn về khí thải công nghiệp.

Tháp hấp thụ xử lý SO2 trong khí thải

Trong quá trình đo đạc, kết quả có thể được ghi nhận ở điều kiện thực tế và cần quy đổi về điều kiện chuẩn theo phương pháp áp dụng. Công văn 1074/BTNMT-KSONMT cũng hướng dẫn hệ số chuyển đổi SO2 từ ppm sang mg/Nm³ là 2,62 trong điều kiện quy định.

Ngoài ra, QCVN 19:2024/BTNMT có quy định hàm lượng oxy tham chiếu trong ngoặc đối với một số nguồn đốt. Vì vậy, khi so sánh kết quả quan trắc với giới hạn, cần đảm bảo kết quả được xử lý đúng điều kiện mà quy chuẩn yêu cầu.

Quan trắc và đối chiếu quy chuẩn

Quy trình đánh giá cơ bản có thể thực hiện theo hướng:

Xác định nguồn thải → lấy mẫu/đo SO2 → xử lý kết quả theo điều kiện quy định → xác định QCVN và cột áp dụng → so sánh nồng độ → đánh giá hệ thống xử lý.

Nếu nồng độ SO2 trong khí thải cao hơn giới hạn áp dụng, doanh nghiệp cần tìm nguyên nhân trước khi quyết định nâng cấp thiết bị.

Nguyên nhân có thể nằm ở nhiên liệu, quá trình đốt, lưu lượng khí, nồng độ đầu vào hoặc chính hệ thống xử lý SO2.

Vì sao SO2 trong khí thải vượt giới hạn?

Một số nguyên nhân thường gặp gồm:

Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao: Hàm lượng lưu huỳnh càng lớn thì tiềm năng phát sinh SO2 càng cao nếu các điều kiện khác tương đương.

Điều kiện đốt thay đổi: Quá trình đốt không ổn định có thể làm thay đổi thành phần khí và tải lượng ô nhiễm.

Hệ thống xử lý không phù hợp: Thiết bị hấp thụ có thể không được lựa chọn đúng với lưu lượng hoặc nồng độ SO2 đầu vào.

Dung dịch hấp thụ không phù hợp: Nồng độ hóa chất, pH, lưu lượng tuần hoàn và diện tích tiếp xúc khí-lỏng đều có thể ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ.

Thiết bị xuống cấp: Bơm tuần hoàn, vòi phun, lớp đệm, đường ống hoặc các bộ phận khác bị hư hỏng có thể làm giảm hiệu quả xử lý.

Do đó, khi SO2 trong khí thải vượt quy chuẩn, không nên chỉ thay hóa chất hoặc tăng lưu lượng bơm một cách đơn lẻ mà cần đánh giá toàn bộ hệ thống.

Các phương pháp xử lý SO2 trong khí thải

Do SO2 có khả năng hòa tan và phản ứng với một số dung dịch, hấp thụ là nhóm công nghệ quan trọng trong xử lý khí này.

Cụm ống khói và tháp giải nhiệt của nhà máy công nghiệp

Hấp thụ bằng nước

Nước có thể được sử dụng để hấp thụ SO2 trong một số điều kiện nhất định. Khí thải tiếp xúc với nước thông qua tháp phun hoặc lớp vật liệu đệm, tạo điều kiện chuyển SO2 từ pha khí sang pha lỏng.

Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp phụ thuộc vào nồng độ SO2, nhiệt độ, diện tích tiếp xúc, lưu lượng khí và các điều kiện vận hành khác.

Vì vậy, hấp thụ bằng nước không phải lúc nào cũng là lựa chọn tối ưu cho mọi nguồn SO2 trong khí thải.

Hấp thụ bằng dung dịch kiềm

Dung dịch kiềm có thể phản ứng với SO2 và chuyển chất ô nhiễm thành các hợp chất dễ quản lý hơn.

Một số hệ thống có thể sử dụng dung dịch NaOH hoặc các hóa chất kiềm khác tùy yêu cầu thiết kế.

Ưu điểm của phương pháp là có thể đạt khả năng xử lý tốt đối với khí axit khi hệ thống được thiết kế đúng. Tuy nhiên, chi phí hóa chất, kiểm soát pH và xử lý dung dịch sau hấp thụ cần được tính đến.

Hấp thụ bằng vôi và đá vôi

Ca(OH)₂ và CaCO₃ là những vật liệu thường được nhắc tới trong các hệ thống xử lý SO2 công nghiệp.

Khi dung dịch sữa vôi tiếp xúc với dòng khí chứa SO2, quá trình hấp thụ và phản ứng hóa học diễn ra, chuyển SO2 thành các sản phẩm chứa lưu huỳnh trong pha lỏng/rắn. Xulykhoibui.com cũng giới thiệu phương pháp sử dụng sữa vôi và đá vôi trong xử lý khí SO2.

Phương án này đặc biệt đáng xem xét đối với các hệ thống có lưu lượng khí lớn và cần giải pháp hấp thụ phù hợp với điều kiện vận hành công nghiệp.

Hệ thống scrubber

Scrubber là thiết bị phổ biến để thực hiện quá trình tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch xử lý.

Tùy thiết kế, scrubber có thể sử dụng:

• Tháp phun.
• Tháp đệm.
• Tháp đĩa.
• Các cấu hình hấp thụ chuyên dụng khác.

Một hệ thống scrubber thường gồm bồn chứa dung dịch, bơm tuần hoàn, hệ thống phun, béc phun, vật liệu đệm và bộ tách ẩm tùy cấu hình.

Đây là tuyến công nghệ phù hợp để xây dựng giải pháp xử lý SO2 trong khí thải, đặc biệt khi doanh nghiệp cần xử lý đồng thời các khí có tính axit khác.

Lựa chọn công nghệ xử lý SO2 theo nguồn phát sinh

Không nên lựa chọn hệ thống xử lý chỉ dựa trên tên gọi “khí SO2”. Trước khi thiết kế, cần khảo sát ít nhất:

Khí thải công nghiệp cần được kiểm soát trước khi xả ra môi trường

• Lưu lượng khí thải.
• Nhiệt độ khí.
• Nồng độ SO2 đầu vào.
• Nồng độ SO2 cần đạt sau xử lý.
• Thành phần các chất ô nhiễm đi kèm.
• Hàm lượng bụi.
• Độ ẩm.
• Loại nhiên liệu.
• Thời gian vận hành.
• Điều kiện mặt bằng.
• Yêu cầu xử lý nước hoặc bùn sau quá trình hấp thụ.

Ví dụ, với khí thải từ lò hơi, hệ thống có thể cần xử lý đồng thời bụi và SO2. Khi đó, một dây chuyền có thể kết hợp công đoạn tách bụi với tháp hấp thụ thay vì chỉ sử dụng một thiết bị duy nhất.

Đối với nhà máy nhiệt điện đốt than, xulykhoibui.com hiện cũng định hướng xử lý SO2 bằng dung dịch Ca(OH)₂ bên cạnh các công đoạn xử lý bụi và NOx.

Giải pháp xử lý SO2 và khí thải công nghiệp của Dr.Air

Đối với doanh nghiệp có SO2 trong khí thải vượt giới hạn, việc lựa chọn giải pháp cần bắt đầu từ khảo sát nguồn phát sinh thay vì áp dụng một thiết bị cố định.

Dr.Air Xử lý khói bụi cung cấp các nội dung và giải pháp xử lý khí thải theo nhiều nhóm công nghệ, trong đó có hấp thụ, scrubber, xử lý bụi và các hệ thống xử lý tích hợp.

Tháp scrubber có thể được thiết kế theo tính chất của dòng khí và loại chất ô nhiễm cần xử lý. Với SO2, hệ thống cần tính toán phù hợp về dung dịch hấp thụ, lưu lượng tuần hoàn, diện tích tiếp xúc khí-lỏng, vật liệu thiết bị và phương án xử lý dung dịch sau hấp thụ.

Trong trường hợp nguồn khí đồng thời chứa bụi, SO2 hoặc các khí ô nhiễm khác, giải pháp phù hợp có thể là một hệ thống xử lý khí thải nhiều công đoạn thay vì chỉ sử dụng riêng tháp hấp thụ.

Kết luận

SO2 trong khí thải chủ yếu phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu hoặc các công đoạn công nghiệp có liên quan đến lưu huỳnh. Đây là chất ô nhiễm cần được kiểm soát do có thể ảnh hưởng đến chất lượng không khí, sức khỏe và môi trường.

Từ ngày 01/07/2025, QCVN 19:2024/BTNMT là quy chuẩn quan trọng đối với khí thải công nghiệp. Giới hạn SO2 trong khí thải không giống nhau cho mọi nguồn mà phụ thuộc vào loại thiết bị, nhiên liệu, công suất và phân vùng môi trường.

Khi nồng độ SO2 trong khí thải vượt giới hạn, doanh nghiệp cần đánh giá đồng thời nguồn phát sinh, nhiên liệu, lưu lượng, nồng độ đầu vào và hiệu quả hệ thống xử lý. Với nhiều nguồn thải công nghiệp, hấp thụ bằng nước, dung dịch kiềm, vôi/đá vôi hoặc hệ thống scrubber là những hướng công nghệ có thể được xem xét tùy điều kiện thực tế.