XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

Slide 1 XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT wealth does not conduce to happiness 1 Phöông phaùp xöû lyù CTR baèng nhieät coù nhöõng öu ñieåm 1) Giaûm theå tích CTR (giaûm 80 90% khoái löôïng thaønh phaàn höõu cô trong CTR trong thôøi gian nhanh nhaát, CTR ñöôïc xöû lyù khaù trieät ñeå); 2) Thu hoài naêng löôïng; 3) Laø thaønh phaàn quan troïng trong chöông trình quaûn lyù toång hôïp CTR; 4) Coù theå xöû lyù CTR taïi choã maø khoâng caàn phaûi vaän chuyeån ñi xa, traùnh ñöôïc caùc ruûi ro.

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

• Phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt có những ưu điểm:

1) Giảm thể tích CTR (giảm 80 - 90% khối lượng thành phần hữu cơ trong CTR trong thời gian nhanh nhất, CTR được xử lý khá triệt để); 2) Thu hồi năng lượng;

3) Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp CTR; 4) Có thể xử lý CTR tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro và chi phí vận chuyển

• Phương pháp nhiệt cũng có những hạn chế như:

1) Đòi hỏi chi phí đầu tư xây dựng lò đốt, chi phí vận hành và xử lý khí

thải lớn

2) Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, người vận hành lò đốt

đòi hỏi phải có trình độ chuyên môn cao

3) Đặc biệt, quá trình đốt chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường

nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo

• Thiêu hủy (incineration)

dưới tác dụng của nhiệt và quá trình oxy hóa hóa học Bằng cách đốt chất thải, ta có thể giảm thể tích của CTR đến 80 – 90% Nhiệt độ buồng đốt phải cao hơn 800oC Sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt là:

• Đốt vừa đủ khí (quá trình đốt lượng hóa, quá trình đốt hóa học) là quá trình đốt

được thực hiện với một lượng oxy (không khí) cần thiết vừa đủ để đốt cháy

hoàn toàn CTR.

• C6H6 + 7.5O2  3H2O + 6CO2

• Đốt dư khí

• Vì tính chất không đồng nhất của CTR nên khó đốt hoàn toàn CTR với một lượng vừa đủ không khí theo lý thuyết Trong một số hệ thống đốt CTR, chế độ đốt dư khí được sử dụng nhằm đảm bảo sự xáo trộn tốt và mọi thành phần trong CTR tiếp xúc tốt với không khí.

• Lượng không khí dư ảnh hưởng đến nhiệt độ của quá trình đốt và thành phần của khí sinh ra.

QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA

• Quá trình khí hóa là quá trình đốt các loại vật liệu trong điều kiện thiếu oxy

đốt giàu CO, H2, và một vài hydrocarbon no (chủ yếu là CH4)

• Khí hóa là một kỹ thuật đốt có hiệu quả về mặt năng lượng, được áp dụng với mục đích giảm thể tích chất thải và thu hồi năng lượng.

QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN

• Nhiệt phân là quá trình phân hủy hay biến đổi hóa học CTR ở nhiệt độ cao trong điều kiện

không có oxy Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là bẻ gãy mạch liên kết C-C, không có xúc tác, chúng tạo thành những gốc tự do và có đặc tính chuỗi, nhiệt độ càng tăng thì cắt mạch càng sâu.

QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN

• Sản phẩm của quá trình nhiệt phân CTR gồm các chất ở dạng khí, lỏng, rắn Ở nhiệt độ cao các sản phẩm ở dạng lỏng một mặt bị hóa hơi và mặt khác tiếp tục bị nhiệt phân cắt mạch tạo thành các sản phẩm đơn giản hơn Chất rắn (cặn carbon) là do sự phân hóa

hydrocarbon đến carbon tự do.

QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN

• Quá trình nhiệt phân là quá trình thu nhiệt.

• Nhiệt phân bằng hồ quang – plasma: được thực hiện ở nhiệt độ cao (có thể đến 10.000oC)

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy (3T)

• Nhiệt độ (temperature)

• Phải đảm bảo đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, không tạo dioxyn, đạt hiệu quả xử lý tối

đa (nhiệt độ đối với CT nguy hại là 1100oC, CTR sinh hoạt > 900oC)

• Nếu nhiệt độ quá cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn, ảnh hưởng đến thời gian lưu khí trong buồng thứ cấp có nghĩa là làm giảm sự tiếp xúc giữa không khí và khí gas, dẫn đến khói thải đen, nồng độ CO, THC trong khí thải cao

• Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẽ xảy ra không hoàn toàn và sản phẩm khí thải cũng có khói đen

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy (3T)

• Độ xáo trộn (turbulance)

• Để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giửa CTR cần đốt và chất oxy hóa, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc nghiêng thích hợp giữa dòng khí với béc phun để tăng khả năng xáo trộn

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy (3T)

• Thời gian (time)

• Thời gian lưu cháy cần đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn Đối với các lò hoạt động theo nguyên lý nhiệt phân, đảm bảo thời gian lưu cháy phù hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng sơ cấp

để cấp khí gas lên buồng thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt

• Thời gian lưu cần thiết phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt và nhiệt độ đốt

ĐỒNG XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI TRONG LÒ NUNG

XI MĂNG ĐỒNG XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI TRONG LÒ NUNG

XI MĂNG

Qui trình sản xuất xi măng sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế

(Theo Holcim Vn, 2005)

Nhiệt độ nung kết là 1450o C và

nhiệt độ ngon lửa trong lò quay

phải đạt được 1800oC - 2000oC

• Để đạt được tình trạng phân huỷ hoàn toàn cần có nhiệt độ đủ cao, cung cấp đủ ôxy, thời gian lưu cháy và điều kiện trộn tốt Các lò xi măng đều có thể đáp ứng được các yêu cầu này

• Tuy nhiên, thông thường lò nung xi măng đạt được thời gian lưu cháy lâu hơn (6-10 giây) và nhiệt độ cao hơn (>1.4000C) so với các lò đốt chất thải chuyên dụng

• Mặt khác, ở lò nung xi măng tính kiềm của xi măng sẽ trung hoà HCl và các

axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy chất thải   

• Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cũng như hiệu quả làm sạch khí thải ưu việt Đó cũng là lý do vì sao lò nung xi măng là lý tưởng đối với việc thiêu đốt chất thải.

• Chất thải ở dạng nguyên liệu hay nhiên liệu sau quá trình đốt cặn bả còn lại có thành phần vật chất phù hợp với thành phần xi măng như: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 …

Lợi ích kinh tế trước mắt

- Lò nung xi măng sẽ tận dụng được nhiệt năng từ việc đốt cháy các chất thải thay thế tiết kiệm khoảng  

- Có thể đưa vào lò nung clinker một lượng chất thải nhất định,   khoảng 5-10% để thiêu huỷ Các chất thải này sẽ là thành phần phụ gia cho xi măng, trong quá trình thiêu đốt các chất này sẽ tương tác hoặc kết hợp với nguyên liệu xi măng và không ảnh hưởng đến thành phần xi măng

- Như vậy sẽ góp phần tiết kiệm 5-10% nguồn tài nguyên nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng

Lựa chọn chất thải

• Các chất thải được sử dụng trong lò nung xi măng:

- Dầu đã qua sử dụng    

- Bùn cặn (công nghiệp lọc dầu, nhà máy hoá chất, sản xuất giấy )  

- Dung môi đã qua sử dụng    

- Sơn  

- Thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ  

- Bùn xưởng in  

- Dầu axit/chất lỏng kiềm thải bỏ  

- Tro từ các nhà máy công nghiệp, các quá trình thiêu đốt  

- Lốp xe thải; - Cao su thải    

- Nhựa; - Vinyl    

- Giấy/gỗ thải  

- Bùn cặn sau xử lý nước thải  

- Chất thải vô cơ; - Xỉ    

• Các chất thải không được xử dụng trong lò nung xi măng:

- Chất thải là các axit mạnh (sulfuric, nitric, clohydric )  

- Chất thải là các kiềm mạnh (Na   2O, K2O) 

Lựa chọn chất thải

• Các yêu cầu chất thải khi sử dụng trong lò nung xi măng

-  Nhiệt trị: không nhỏ hơn 12700 kJ/kg chất thải.

-  Độ ẩm: càng nhỏ càng tốt 

- Tổng lượng kiềm tính theo tổng K2O và Na2O nhỏ hơn 4%.

- Tổng lượng Cl nhỏ hơn 500ppm

-  Hàm lượng kim loại bay hơi có nhiệt độ nóng chảy thấp: nhỏ hơn 1000 ppm,

tuy nhiên riêng Hg, Cr, As và Cd nhỏ hơn 150 ppm

- Nếu chất thải ở dạng rắn thì yêu cầu kích thước càng nhỏ càng tốt Chất thải  

có kích thước to hơn (như lốp xe cũ) cũng có thể được sử dụng khi lắp thêm thiết bị để nạp.

• Tùy thuộc vào loại nhiên liệu thay thế được sử dụng trong sản xuất clinker mà dây chuyền sản xuất có thể được trang bị các thiết bị hỗ trợ thích hợp cho việc

• Thêm vào đó, các nhà máy xi măng khi sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế

thải chưa thích hợp để sử dụng trong qui trình sản xuất, vì có những loại chất thải nếu không được sơ chế hay làm đồng nhất trước có thể ảnh hưởng đến hiệu suất lò ví dụ như làm nghẹt các vòi phun nhiên liệu hoặc là tro tồn tại không đồng đều.

KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT

• Kiểm soát bụi: phân loại tại nguồn, kiểm soát quá trình đốt (combustion controls) , xử lý bụi bằng lọc tĩnh điện hoặc lọc túi vải

• Kiểm soát NOx: phân loại tại nguồn, kiểm soát quá trình đốt , xử lý khí

• Kiểm soát SO2 và hơi acid: phân loại tại nguồn, xử lý bằng tháp rửa khí hoặc lọc khô

• Kiểm soát CO và THC: kiểm soát quá trình đốt

Xử lý NOx

• NOx hình thành trong quá trình cháy thông qua 2 cơ chế chủ yếu:

- Quá trình oxi hóa các vật liệu hữu cơ chứa nito.

- Quá trình oxi hóa N2 trong không khí trong điều kiện nhiệt độ cao.

• Because of the high activation energy required for Reaction (1), thermal NOx formation does not become significant until flame temperatures reach 1,100°C (2,000°F).

(1)

Xử lý NOx

• Phân loại tại nguồn: tác các vật liệu hữu cơ chứa nito

• Ví dụ thực phẩm thừa, rác thực vật, động vật

• Kiểm soát quá trình cháy:

• Tuần hoàn khí cháy

• Phân đoạn quá trình cháy và vận hành quá trình cháy trong điều kiện thiếu oxy

• Xử lý khí thải: one or more reducing agents are injected into the upper furnace to react

with NOx and form N2.

NOx Control

• These technologies include staged combustion, low excess air, flue gas recirculation (FGR)

• Fuel NOx is formed within the flame zone Key variables determining the rate of fuel NOx formation are the availability of O2 within the flame zone, the amount of fuel-bound N2, and the chemical structure of the N2-containing material

• Another option is FGR in which a portion of the combustor exhaust is returned to the combustion air supply to both lower combustion zone O2 and suppress flame temperatures by reducing the ratio of O2 to inerts [N2 and carbon dioxide (CO2)] in the combustion air system

Kiểm soát dioxin/furan

2,3,7,8-tetrachloro-p-dibenzo-dioxin (2,3,7,8-TCDD)

2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-furan

Kiểm soát dioxin/furan

gian lưu cháy > 1s Nồng độ CO càng thấp thì lượng dioxin sinh ra càng nhỏ, do

đó kiểm soát lượng dioxin sinh ra thông qua kiểm soát nồng độ CO có tính khả thi cao.

lọc vải và thiết bị xử lý SO2 khô và ướt ở nhiệt độ 140oC.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Holcim - GTZ, 2006 Guidelines on Co-processing Waste Materials in Cement Production.

• QCVN 41: 2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đồng xử lý chất thải nguy hại trong lò nung xi măng.

• mang/2/10.aspx

http://www.vicem.vn/view/chi-tiet-thong-cao-bao-chi/su-dung-chat-thai-lam-nguyen-lieu-nhien-lieu-trong-san-xuat-xi-•  screw press and piston press technology

• Combustion air systems in MB/WW MWCs include both undergrate (also called primary) air and overgrate (also called secondary or overfire) air Undergrate air, supplied through plenums located under the firing grate, is forced through the grate to sequentially dry (evolve water), devolatilize (evolve volatile hydrocarbons), and burn out (oxidize nonvolatile hydrocarbons) the waste bed The quantity of undergrate air is adjusted to minimize excess air during initial combustion of the waste while maximizing burnout of carbonaceous materials in the waste bed Overgrate air, injected through air ports located above the grate, is used to provide turbulent mixing and destruction of hydrocarbons evolved from the waste bed Overall excess air levels for a typical MB/WW MWC are approximately 80% (180% of stoichiometric [i.e., theoretical] air requirements), with undergrate air accounting for 60-70% of the total air In addition to destruction of organics, one of the objectives of this “staged” combustion approach is to minimize NOx formation