xiv Đồng xử lí chất thải trong lò nung xi măng có thể làm giảm nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch của ngành công nghiệp xi măng và phát thải CO2 , giúp giảm bớt phần nào nhu cầu ngày m
Giới thiệu
Ch ấ t th ả i r ắn đô thị
Chất thải rắn đô thị 2 (MSW) bao gồm mọi thứ mà con người sử dụng và thải bỏ hàng ngày, như là bao bì, đồđạc, quần áo, chai lọ, thức ăn, báo, dụng cụ, sơn và pin [3] Thành phần MSW phụ thuộc vào nguồn gốc, mùa trong năm, lối sống và ý thức của người dân địa phương Nguồn MSW thô có hàm lượng ẩm cao, nhiệt trị thấp, kích thước dao động lớn và hàm lượng tro cao Vì những lí do này, sử dụng MSW thô khó khăn và không thu hút được nhiều sự quan tâm MSW có thể được xử lí trong nhà máy xử lí cơ học hoặc trong nhà máy xử lí kết hợp cơ học và sinh học Cảhai phương pháp xửlí đều tạo ra được nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải 3 (RDF) có nhiệt trị lớn hơn đáng kể so với nguyên liệu ban đầu Ngoài việc có nhiệt trị cao, RDF còn có ưu điểm là có thành phần vật lí và hóa học đồng nhất hơn so với MSW; dễ dàng tồn trữ, thao tác và vận chuyển hơn; phát thải ít chất ô nhiễm hơn; và cần ít lượng không khí dư hơn khi đốt [4] Hình 1.2 cho thấy các thành phần trong MSW ở Rawalpindi, Pakistan [5]
Bảng 1.1 cho thấy lượng MSW phát sinh ở một vài nước trên thế giới Cả tổng lượng rác và lượng rác tính theo đầu người phát sinh đã giảm khá ổn định trong những năm gần đây ở một số nước phát triển (ví dụ, Mỹ ) Tuy nhiên, ở một số nước đang phát triển, những con số này đang gia tăng (ví dụ, Trung Quốc) ) Thêm nữa, ở các nước phát triển tốc độ tái sinh rác thường lớn hơn ở các nước đang phát triển [6] Hình 1.3 cho thấy những biện pháp tiêu hủy MSW ở Trung Quốc vào năm 2006 như một ví dụ
Hình 1 2 Thành phần MSW ở Rawalpindi, Pakistan [5]
2 Chất thải rắn đô thị (Municipal Solid waste): viết tắt MSW; từ đây trở đi sẽ dùng từ MSW
3 Nhiên liệu nguồn gốc từ chất thải (Refuse-derived fuel): viết tắt RDF; từ đây trở đi sẽ dùng từ RDF
Bảng 1 1 Lượng chất thải rắn đô thịở một sốnước trên thế giới năm [6]
Nướ c T ổng lượ ng ch ấ t th ả i r ắ n đô thị (1000 t ấ n)
T ốc độ phát sinh ch ấ t th ả i r ắn đô thị (kg/ đầu ngườ i/ngày)
Pháp 33.963 1,48 Đứ c 49.563 1,64 Đan Mạ ch 3.900 2,03
Bùn th ả i
Bùn thải được tạo ra chủ yếu bởi các nhà máy xử lí nước thải đô thị Lượng bùn thải tạo ra tăng đáng kể trong những năm gần đây do sự gia tăng cả về số lượng và qui mô các cộng đồng dân cư cũng như lượng nước thải tạo bởi các quá trình công nghiệp [7]
Hình 1 3 Các phương pháp phân hủy chất thải rắn đô thịở Trung Quốc năm 2006 [6] Ở Mỹ vào năm 2007, 16.583 cơ sở xử lí nước thải tạo ra khoảng 6,5 triệu tấn bùn thải khô (bùn sinh học) [8] Hầu hết bùn thải tạo ra ở Mỹvà các nước khác được tái chếthành đất hoặc đưa đi chôn lấp, không được thiêu đốt để thu hồi năng lượng trong lò xi măng [7]
Bùn thải được chuyển thành đất phải tuân thủ những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về sức khỏe con người và môi trường, và bùn thải bị ô nhiễm kim loại nặng từnước thải công nghiệp sẽ không thích hợp cho mục đích trồng trọt [9]
Những nước đang phát triển, như Trung Quốc và Ấn Độ, đang mở rộng nhanh chóng các cơ sở xử lí nước thải, do đó chất lượng bùn thải cũng tăng lên nhanh chóng Vào năm
2005, các nhà máy xửlí nước thải ở Trung Quốc tạo ra 9 triệu tấn bùn khô; trong vòng 10 năm, số lượng này được dự tính sẽ tăng lên 27 triệu tấn [9].
Đồ ng x ử lí: M ộ t ph ầ n gi ả i pháp
Quản lí chất thải yếu kém vẫn còn là một vấn đề ở các nước đang phát triển và các nước có nền kinh tế chuyển tiếp Ở nhiều nước này, chất thải được thải ra cống rãnh, chôn, đốt một cách không có kiểm soát, hoặc đổ bừa bãi bất hợp pháp, hay đưa đến các bãi chôn lấp không đạt các yêu cầu tiêu hủy rác an toàn với môi trường Những biện pháp này dẫn đến ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước và không khí, dẫn đến suy giảm dần điều kiện sống và sức khỏe của các người dân xung quanh Đồng xử lí các dòng chất thải cụ thể trong lò nung xi măng có thể giúp giải quyết phần nào vấn đề này [10] Bùn thải, thường được chôn lấp hay sử dụng trong nông nghiệp, nay được dùng như nguồn nguyên liệu và nhiên liệu thay thế trong qui trình sản xuất clanhke và xi măng Nhiều nước châu Âu đã bắt đầu áp dụng biện pháp này trong việc quản lí bùn thải [11] Cả chất thải rắn đã qua tiền xử lí và bùn thải đều có nhiệt trị cao, vào cỡ giga- jun(GJ) trên một tấn vật liệu khô Hai loại này đều có mức phát thải CO2 thấp hơn so với than khi được đốt trong lò nung xi măng Bảng 1.2 cho thấy những đặc tính tiêu biểu của MSW và bùn thải được sử dụng làm nguồn nhiên liệu thay thế Tuy vậy, mức năng lượng chứa trong chất thải rắn của một số nước đang phát triển được báo cáo thấp hơn so với số liệu trong bảng 1.2
Bảng 1 2 Những đặc tính tiêu biểu của MSW và bùn thải được dùng làm nguồn nhiên liệu thay thế [9]
Nhiên li ệ u Tỉ lệ thay thế
Nhiệt trị (GJ/tấn v ậ t li ệ u khô)
Mức phát thải CO 2 (tấn CO2/ tấn vật liệu)
Bùn th ải để ráo nướ c 20 9 - 25 75 0,29
Nh ữ ng nguyên t ắc cơ bản khi đồ ng x ử lí MSW và bùn th ả i trong ngành công nghiệp Xi măng
Sản xuất Xi măng
Qui trình chung sản xuất xi măng ngày nay đòi hỏi khai thác và đập nghiền nguyên vật liệu (thông thường là đá vôi [CaCO3], đá phấn và đất sét, sau đó được phối trộn và đưa qua lò nung ở dạng khô hoặc dạng ướt Nhiệt độ trung bình của nguyên vật liệu trong lò nung lên đến 1450 °C Nhiệt kết dính các nguyên vật liệu thô với nhau thành các hạt nhỏ gọi là clanhke Clanhke sau đó được làm nguội và được trộn với thạch cao và nghiền thành bột mịn gọi là xi măng Poóc-lăng Hiệp hội kiểm nghiệm và Vật liệu của Mỹ (ASTM) xác định nhiều loại xi măng Poóc-lăng với nhiều tính chất khác nhau cũng như nhiều loại xi măng đông cứng trong nước được tạo thành bằng cách phối trộn nhiều nguyên liệu như xi măng Poóc-lăng, tro bay, pozzolana thiên nhiên ( một loại tro núi lửa chứa nhiều silic), pozzolana nhân tạo và xỉ lò [12] Liên Minh Châu Âu cũng có phân loại tương tự cho xi măng kèm theo những vật liệu gắn kết xi măng
1.2.1.1 Qui trình sản xuất xi măng
Nguyên liệu thông dụng nhất để sản xuất xi mănglà đá vôi, đá phấn, và đất sét, với đá vôi hay đá phấn tạo thành những thành phần chính trong xi măng Những nguyên liệu này thường được thu gom từ một mỏ ở kế bên hay rất gần nhà máy xi măng Đá vôi cung cấp canxi oxit và một vài oxit khác; và đất sét, đá phiến, và các nguyên liệu khác cung cấp hầu hết silic, nhôm, và sắt oxit cần thiết cho việc sản xuất xi măng Khoảng 5 phần trăm lượng CO2 phát thải của việc sản xuất xi măng đến từ việc khai thác mỏ và vận chuyển
Nghi ề n và chu ẩ n b ị nguyên v ậ t li ệ u
Nghiền nguyên liệu thô để sản xuất xi măng là một công đoạn tiêu tốn nhiều điện năng , thông thường cần khoảng 25 đến 35 (kWh)/tấn nguyên liệu thô Quá trình nghiền khác nhau còn tùy thuộc vào loại qui trình nào được sử dụng trong sản xuất clanhke Trong qui trình khô, nguyên vật liệu thô được nghiền đến dạng bột mịn trong máy nghiền bi, máy nghiền con lăn đứng hay máy nghiền trục cán.Vật liệu có thể được sấy bằng cách tận dụng nhiệt từ khí thoát ra khỏi lò nung hay khỏi vùng làm lạnh clanhke, hoặc bằng nhiệt bổ sung từ lò đốt nóng không khí riêng biệt Hàm lượng ẩm khi nạp liệu khô thông thường khoảng 0,5 phần trăm nhưng có thểdao động từ0 đến 0,7 phần trăm Khi nguyên vật liệu có độẩm quá lớn, như trong trường hợp ở một sốnước và vùng miền, qui trình ướt có thể được ưu tiên hơn Trong qui trình ướt, nguyên vật liệu được nghiền trong máy nghiền bi hay máy nghiền ống cùng lúc được bổ sung nước để tạo thành một dịch bùn có hàm lượng nước từ24 đến 48 phần trăm, thông thường là 36 phần trăm [14]
Sản xuất clanhke là giai đoạn tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong sản xuất xi măng, chiếm đến hơn 90 phần trăm tổng năng lượng tiêu thụ và sử dụng hầu hết nhiên liệu Hệ thống lò nung làm bay hơi nước gắn kết bên trong nguyên vật liệu, phân hủy (can-xin hóa) các thành phần chứa cacbonat ,và tạo thành các khoáng của xi măng (clanhke hóa)
Loại lò nung phổ biến được sử dụng ngày nay là lò quay theo phương pháp khô Một lò quay nung khô sử dụng vật liệu vào có hảm ẩm thấp (0,5 phần trăm) Lò nung loại này được phát minh ở Mỹ và ban đầu không có bộ phận gia nhiệt 4 Những cải tiến sau này thêm preheater phân tán (xyclon) hay preheater kiểu giếng đứng Gần đây, công nghệ tiền phân hủy 5 vôi được phát triển, trong đó một buồng đốt thứ hai được thêm vào ở giữa lò nung và preheater thông thường, cho phép làm giảm thêm lượng nhiên liệu tiêu thụ của lò nung Tiêu thụnăng lượng của lò nung khô với 4,5 hay 6 giai đoạn gia nhiệt thay đổi từ 2,9 đến 3,5 GJ/ tấn clanhke, và hầu hết các quá trình phát thải CO2 trong sản xuất xi măngđều liên quan đến quá trình phân hủy đá vôi (can-xin hóa) Ngay sau khi tạo thành trong lò nung, clanhke được làm nguội nhanh để làm giảm tối thiểu sự tạo thành pha thủy tinh và đảm bảo đạt được tỉ lệ lớn nhất pha alit (tricanxi silicat), một thành phần quan trọng tạo nên đặc tính hóa cứng cho xi măng Các công nghệ làm nguội chính là công nghệ làm nguội dạng ghi, dạng ống hay dạng hành tinh Trong thiết bị làm lạnh dạng ghi, được sử dụng
4 Bộ phận gia nhiệt: hay tiền gian nhiệt (preheater): từ đây trở đi dùng từ preheater
5 Bộ tiền phân hủy: hay tiền nung (precalciner): từ đây trở đi dùng từ precalciner nhiều nhất hiện nay, clanhke được chuyển qua ghi dịch chuyển qua lại và được làm nguội bởi dòng khí chuyển động vuông góc với dòng clanhke [14]
Nghi ề n thành ph ẩ m Để sản xuất xi măng dạng bột, những hạt clanhke được nghiền mịn trong máy nghiền bi, máy nghiền bi kết hợp máy nghiền trục cán, máy nghiền trục hay trục cán Ở công đoạn này, 3 đến 5 phần trăm thạch cao được thêm vào để điều chỉnh tính chất của xi măng
Lượng điện năng sử dụng để nghiền nguyên liệu và nghiền thành phẩm phụ thuộc nhiều vào độ cứng của vật liệu (đá vôi, clanhke, pozzolana, vv ) và độ mịn yêu cầu của xi măng cũng như hàm lượng phụ gia Xỉ lò cao thì khó nghiền và vì vậy cần tiêu tốn nhiều năng lượng nghiền hơn Thông thường, máy nghiền bi được sử dụng cho nghiền mịn, nhưng nhiều nhà máy cũng sử dụng máy nghiền con lăn đứng Phương pháp tiên tiến là sử dụng máy nghiền con lăn áp suất cao hay máy nghiền lăn nằm ngang Xi măng hoàn thiện được tồn trữ trong xi-lô; kiểm nghiệm và đóng bao hoặc chuyển theo khối trên xe tải, tàu hỏa, xà lan hay tàu thủy [14] Hình 1.4 cho thấy các bước trong công nghệ sản xuất xi măng sử dụng lò quay khô có preheater/precalciner
Hình 1 4 Các bước sản xuất xi măng sử dụng công nghệ lò quay khô có preheater/precalciner [1]
1.2.1.2 Tác động CO 2 của ngành sản xuất xi măng
Sản xuất 1 tấn xi măng thải ra 0,73 đến 0,99 tấn CO2 tùy thuộc vào tỉ lệ clanhke trong xi Đập thô Đồ ng nh ấ t và nghiền nguyên liệu
Làm nguội và tồn trữ
Nghiền xi măng Pha trộn với phụ gia
T ồ n tr ữ xi măng tro ng xi-lô măng và các yếu tố khác Một sự khác biệt lớn giữa ngành công nghiệp xi măng với những ngành công nghiệp khác đó là việc tiêu thụ nhiên liệu không phải là nguồn phát thải CO2 chính Hơn 50 phần trăm lượng CO2 phát thải trong quá trình sản xuất xi măng, khoảng 540 kg mỗi tấn clanhke [15] là từ quá trình nung đá vôi (can-xin hóa), trong đó CaCO3 được phân hủy thành vôi (CaO) theo phản ứng sau:
Phần CO2 còn lại thải ra trong quá trình sản xuất xi măng là từ việc đốt nhiên liệu để cung cấp năng lượng nhiệt cần thiết cho quá trình can-xin hóa Lò quay trong đó quá trình can- xin hóa diễn ra được nung nóng đến khoảng 1450 o C Trung bình 100 đến 110 kWh điện năng tiêu thụ khi sản xuất 1 tấn xi măng [13] Lượng CO2 phát thải từlượng điện sử dụng trung bình khoảng 5 phần trăm tổng lượng CO2 phát thải của ngành công nghiệp xi măng Tùy thuộc vào nguồn năng lượng và hiệu suất sử dụng điện, con số này có thể thay đổi từ dưới 1 phần trăm đến hơn 10 phần trăm Khoảng 5 phần trăm CO2 phát thải đến từ việc khai thác và vận chuyển quặng [13].
Đồng xử lí MSW và bùn thải trong ngành công nghiệp xi măng
Công ước Basel (2011) định nghĩa đồng xử lí là “ việc sử dụng chất thải trong quá trình sản xuất vì mục đích thu hồi năng lượng và/hoặc thu hồi nguyên liệu dẫn đến giảm được nguồn nhiên liệu truyền thống và/hoặc nguyên liệu thô bằng việc thay thế” Đây cũng là khái niệm dùng trong sinh thái công nghiệp, liên quan đến vai trò của công nghiệp trong việc giảm thiểu những gánh nặng của môi trường thông qua phát triển vòng đời sản phẩm Hội nghị Basel còn định nghĩa thêm đồng xử lí là một quá trình “ có thể giúp thu hồi tài nguyên, tái chế, phục hồi, sử dụng lại trực tiếp hoặc thay thế” Đồng xử lí rác thải đã được thực hiện hơn 20 năm, đặc biệt ở các nước/vùng phát triển như Châu Âu, Nhật Bản, Mỹ và Canada [10] Hình 1.5 cho thấy lượng chất thải được đồng xử lí trong ngành công nghiệp xi măng của Châu Âu trong năm 2003 và 2004 Năm
2006, nhiên liệu thay thế không tính mảnh lốp xe và dung môi (ví dụ, MSW và bùn thải) tính chung lại đã chiếm khoảng 2,5 phần trăm tổng lượng năng lượng đưa vào các lò xi măng của Mỹ [8] Năm 2009, 63 nhà máy xi măng, hay 70 phần trăm tất cả các nhà máy xi măngở Mỹ, đã sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế [12]
Hình 1 5 Đồng xử lí chất thải nguy hại và không nguy hai trong lò xi măng ở Liên Minh Châu Âu năm 2003 và 2004 [16]
Cơ quan kiểm soát và ngăn ngừa ô nhiễm Liên Minh Châu Âu (EIPPCB) đưa ra những đặc tính sau đây của ngành công nghiệp xi măngcho phép quá trình đồng xử lí chất thải:
Nhiệt độ tối đa khoảng 2000 o C (nhiệt độ ngọn lửa, hệ thống đốt chính) trong lò quay
Thời gian lưu của khí khoảng 8 giây ở nhiệt độ lớn hơn 1200 o C trong lò quay
Nhiệt độ vật liệu khoảng 1450 o C trong vùng kết khối của lò quay
Oxi hóa không khí trong lò quay
Thời gian lưu của khí trong hệ thống đốt phụ nhiều hơn 2 giây ở nhiệt độ lớn hơn 850°C; trong precalciner, giá trị nhiệt độ và thời gian lưu tương ứng còn cao hơn
Nhiệt độ pha rắn đạt 850 o C trong hệ thống đốt phụ và/hoặc precalciner
Điều kiện cháy giống nhau cho sự thay đổi nạp liệu nhờ nhiệt độ cao và thời gian lưu đủ lớn
Phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ nhiệt độ cao và thời gian lưu đủ lớn
Hấp thụcác khí như HF, HCl và SO2 trên các tác chất kiềm
Thời gian lưu của dòng khí ra ngắn trong vùng nhiệt độ đã biết không dẫn đến sự tổng hợp dioxin và furan
Sử dụng hoàn toàn tro của chất thải làm thành phần clanhke
Không có chất thải đặc biệt nào vì vật liệu được đồng nhất hoàn toàn vào clanhke (một vài nhà máy xi măng châu Âu bỏđường bụi bypass)
Đồng nhất hóa – khoáng các kim loại không bay hơi vào khối clanhke Độc hại Độc hại Không độ c hại Không độ c hại
Gỗ, giấy, cac-tông Nhựa Cao su/Lốp xe Bùn thải đô thị Than/chất thải chứa cacbon Mùn cưa độc
Dầu thải/chất thải có dầu
Vải RDF Bùn thải công nghiệp
Chất thải nông nghiệp Dung môi Khác Chất thải có nguồn gốc động vật/mỡ
Bảng 1.3 cho thấy nhiệt độ và thời gian lưu trong quá trình sản xuất xi măng Hình 1.6 cho thấy nhiệt độở những vùng khác nhau trong lò quay với preheater và precalciner
Bảng 1 3 Nhiệt độ và thời gian lưu trong quá trình sản xuất xi măng [10]
Không phải tất cả chất thải đều phù hợp để đồng xử lí trong ngành công nghiệp xi măng Khi chọn lựa chất thải đểđồng xử lí, nhiều yếu tố cần phải được xem xét, bao gồm thành phần hóa học của cả chất thải và sản phẩm cuối cùng (xi măng) và những tác động đến môi trường của việc đồng xử lí Những thí dụ về chất thải không phù hợp đểđồng xử lí là chất thải từ công nghiệp hạt nhân, rác thải y tế nguy hại, pin và rác sinh hoạt không xử lí GTZ/Holcim (2006) đưa ra một danh sách các chất thải không phù hợp cho đồng xử lí
Hình 1.7 đưa ra một biểu đồ để xác định việc chấp nhận hay từ bỏ chất thải cho việc tiền xử lí [11]
Hình 1 6 Biên dạng nhiệt độ trong một lò quay có preheater và precalciner [10]
Hình 1 7 Biểu đồxác định việc sử dụng chất thải đểđồng xử lí [11]
GTZ/Holcim (2006) tóm lược 5 nguyên tắc chung phải tuân thủ khi đồng xử lí rác thải trong ngành công nghiệp xi măng Bảng 1.4 cho thấy những nguyên tắc này
Bảng 1 4 Những nguyên tắc chung đối với đồng xử lí rác thải trong ngành công nghiệp xi măng [10]
Nguyên t ắ c 1 Đồ ng x ử lí ph ả i tôn tr ọ ng h ệ th ố ng x ử lí rác (xem Hình 1.8): Đồ ng x ử lí không đượ c c ả n tr ở nh ữ ng n ỗ l ự c gi ả m thi ể u ch ấ t th ả i, và ch ấ t th ải không đượ c dùng trong lò xi măng n ế u có các bi ệ n pháp t ốt hơn vè sinh thái và kinh tế Đồ ng x ử lí nên đượ c xem là m ộ t ph ầ n trong k ế ho ạ ch qu ả n lí ch ấ t th ải, vì nó đưa đế n 1 gi ả i pháp thu h ồ i tài nguyên v ề m ặt môi trườ ng cho vi ệ c qu ả n lí ch ấ t th ả i Đồ ng x ử lí ph ả i theo sát v ớ i nh ữ ng hi ệp đị nh qu ố c t ế v ề môi trườ ng có liên quan, ví d ụ : Hi ệ p đị nh Basel Stockholm
Tránh tăng thêm phát thải và tác độ ng tiêu c ực đế n s ứ c kh ỏe con ngườ i: Đê ngăn chặ n và gi ữ tác độ ng tiêu c ự c c ủ a ô nhi ễm đế n s ứ c kh ỏe con người và môi trườ ng, phát th ải ra không khí không đượ c l ớn hơn, trên cơ sở th ố ng kê, nh ữ ng nơi sả n xu ấ t xi măng t ừ nhiên li ệ u truy ề n th ố ng
Ch ất lượ ng xi măng không thay đổ i:
S ả n ph ẩ m (clanhke, xi măng , bê-tông) không đượ c l ạ m d ụng thành nơi chứ a kim lo ạ i n ặ ng
S ả n ph ẩm không có tác độ ng tiêu c ực nào đố i v ới môi trường, đượ c ch ứ ng minh b ở i ki ể m tra nướ c l ọ c, l ấ y ví d ụ
Ch ất lượ ng xi măng cho phép ph ụ c h ồi khi đã hế t h ạ n s ử d ụ ng
Các công ty tham gia vào đồ ng x ử lí ph ải có đủ kh ả năng/điề u ki ệ n:
Công ty ph ả i có nh ữ ng ghi chép theo dõi vi ệ c tuân th ủ an toàn và môi trườ ng và cung c ấ p nh ữ ng thông tin liên quan t ớ i c ộ ng đồ ng và nh ữ ng nhà ch ứ c trách
Công ty ph ải có con ngườ i, qui trình và h ệ th ố ng ch ứ ng t ỏ s ự cam k ế t v ớ i b ả o v ệ môi trườ ng, s ứ c kh ỏ e và an toàn
Công ty ph ả i tuân th ủ t ấ t c ả các lu ậ t pháp áp d ụng, điề u l ệ và qui đị nh
Công ty ph ả i có kh ả năng kiể m soát các đầ u vào và các thông s ố công ngh ệ để đồ ng x ử lí hi ệ u qu ả ch ấ t th ả i
Công ty ph ải đả m b ả o quan h ệ t ố t v ớ i c ộng độ ng và nh ữ ng nhân v ậ t khác trong k ế ho ạ ch qu ả n lí ch ấ t th ải địa phương, quố c gia và qu ố c t ế
Tiến hành đồng xử lí phải xem xét đến tình hình quốc gia:
Các qui đị nh và th ủ t ụ c ph ả i ph ả n ánh yêu c ầ u và nhu c ầ u c ụ th ể c ủa đất nướ c
Th ự c hi ệ n t ừng bướ c cho phép xây d ựng được năng suấ t yêu c ầ u và t ạ o d ựng được các cơ quan
Th ự c hi ện đồ ng x ử lí nên đi kèm vớ i c ả i ti ế n trong vi ệ c qu ả n lí rác th ả i c ủa đất nướ c
Hình 1 8 Hệ thống thứ tự xử lí rác [10]
Nguyên nhân và độ ng l ực để đồ ng x ử lí MSW và bùn th ả i
Các nhà sản xuất xi măng trên thế giới đang sử dụng MSW, bùn thải và những nhiên liệu thay thếđể thay thế nhiên liệu hóa thạch Những nước công nghiệp hóa đã có hơn 20 năm kinh nghiệm thực hiện đồng xử lí rác thải trong sản xuất xi măng thành công [10] Hà Lan và Thụy Sĩ, lần lượt sử dụng 83 phần trăm và 48 phần trăm, trong nguồn nhiên liệu sản xuất xi măng, đang là những nước dẫn đầu thế giới vềkĩ thuật này [17] Theo một nghiên cứu của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ, nhiều nhà máy xi măng Mỹ cho rằng việc sử dụng nhiên liệu thay thế là quan trọng đối với khảnăng cạnh tranh tiếp tục của họ Đồng xử lí MSW và bùn thải trong lò xi măng có nhiều lợi ích ngoài việc quản lí chất thải, như được giải thích dưới đây:
Ti ế t ki ệ m chi phí nhiên li ệu, đặ c bi ệ t trong th ời điể m giá nhiên li ệu tăng
Những người điều hành nhà máy xi măng rõ ràng là quan tâm đến giá nhiên liệu trong tương lai trong xu hướng chi phí gia tăng như hiện nay Năng lượng thông thường chiếm
30 đến 40 phần trăm chi phí vận hành trong sản xuất xi măng; bất cứ cơ hội tiết kiệm những chi phí này sẽ giúp nhà máy cạnh tranh hơn và có thể duy trì hay gia tăng lợi nhuận Chi phí thay đổi theo loại rác thải và điều kiện địa phương, thông thường nhà máy xi măngđược trả tiền để xử lí chất thải; trường hợp khác, chất thải có thểđược lấy không mất phí hay với giá rẻ hơn nhiều so với than hay nhiên liệu hóa thạch khác với lượng năng lượng tương đương [9]
MSW và bùn thải phải được tiền xử lí trước khi được sử dụng trong lò xi măng, và có thể cần thêm thiết bịmôi trường để kiểm soát khí thải Những biện pháp kiểm soát đặc biệt và đo lường qui trình cũng cần để duy trì an toàn, chất lượng và những tiêu chuẩn môi trường [18] Chi phí thấp cho nhiên liệu phế thải có thể bù trừ cho toàn bộ hay một phần chi phí cho thiết bị tiền xử lí và các thiết bị khác, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của nhà máy Tính kinh tế của đồng xử lí chất thải và những khía cạnh kĩ thuật của quá trình tiền và đồng xửlí được bàn luận ở mục 1.2.6 và phần 1.3, theo thứ tự
B ả o t ồ n ngu ồ n nhiên li ệ u hóa th ạ ch không tái sinh và b ả o v ệ môi trườ ng Đồng xử lí MSW và bùn thải có thể thay thế một lượng đáng kể nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất xi măng, bảo tồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch không tái sinh Khai thác nhiên liệu hóa thạch, như là than, thường gây tác động tiêu cực lớn cho môi trường đất Với việc đồng xử lí chất thải trong lò quay làm giảm nhu cầu than, thiệt hại cho môi trường đất từ những mỏ than có thểđược giảm đáng kể
Gi ả m phát th ả i khí nhà kính
Như đã nói, ngành công nghiệp xi măng chiếm khoảng 5 phần trăm tổng lượng phát thải
CO2 nhân tạo trên thế giới Phát thải từ năng lượng chiếm gần một nửa lượng này, với khoảng 40 phần trăm từđốt cháy nhiên liệu và 10 phần trăm từ việc sử dụng điện và vận chuyển [17] Hình 1.9 cho thấy phát thải CO2 trong quá khứvà ước lượng đến năm 2050
Dựa vào hình này và hình 1.1, rõ ràng là lượng CO2 phát thải của ngành công nghiệp xi măng toàn cầu sẽgia tăng đáng kể
Hình 1 9 Phát thải CO 2 trong quá khứvà ước lượng của công nghiệp xi măng [19]
Như có thể thấy từ bảng 1.2, cả MSW và bùn thải đều có mức phát thải CO2 thấp hơn than Do đó, thay thế than đá, nhiên liệu phổ biến nhất trong công nghiệp xi măng bằng
Phát thải quá trình Phát thải nhiên liệu và điện Phát thải vận chuyển
MSW và bùn thải sẽ làm giảm đáng kể phát thải CO2 Đồng xử lí RDF được báo cáo là giúp giảm 1,6 kg CO2 trên 1 kg RDF sử dụng, so với đốt cháy than đá [20] Năm 2006, đồng xử lí rác trong công nghiệp xi măng châu Âu giúp giảm khoảng 18 phần trăm việc sử dụng nhiên liệu truyền thống (hầu hết là than), giảm phát thải CO2 khoảng 8 tấn mỗi năm, và tiết kiệm khoảng 5 tấn than [11]
Tránh đượ c nh ững tác độ ng tiêu c ự c c ủ a vi ệ c chôn l ấp và đố t ch ấ t th ả i Ở những nước phát triển, MSW thường được đốt, có thu hồi nhiệt hoặc không, để giảm nhu cầu chôn lấp Mỹ có khoảng 86 cơ sở đốt rác xử lí mỗi năm 28 triệu tấn rác với khả năng thu hồi năng lượng là 2720 MW Khoảng 10 phần trăm thể tích ban đầu còn lại là tro sau khi đốt [19] Nói chung, tro chứa kim loại nặng và thường được phân loại là chất thải nguy hại
Nhiều nghiên cứu cho thấy những thuận lợi của việc đồng xử lí chất thải trong công nghiệp xi măng so với đốt chất thải Một nghiên cứu của Tổ chức khoa học ứng dụng Hà Lan sử dụng phương pháp đánh giá vòng đời để so sánh những tác động môi trường của việc sử dụng chất thải làm nguồn nhiên liệu/nguyên liệu thay thế trong công nghiệp xi măng với việc đốt chất thải trong lò đốt để thu hồi năng lượng điện và hơi nước Nghiên cứu kết luận rằng, đối với hầu hết các tác động về môi trường của sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế trong công nghiệp xi măng là tốt cho môi trường hơn xử lí chất thải trong lò đốt [11]
Một phân tích đánh giá vềvòng đời khác cho thấy, với một số MSW (ví dụ, dung môi đã dùng, giấy lọc, sơn dư, và bùn thải), lựa chọn dùng trong lò xi măngvượt trội hơn những lựa chọn khác như là thiêu đốt và tái chế Nghiên cứu này cho thấy việc đồng xử lí dung môi đã dùng, giấy lọc, sơn dư, và bùn thải đem lại nhiều lợi ích môi trường hơn thiêu đốt những chất thải này trong lò đốt Thêm nữa, nghiên cứu cho thấy đồng xử lí nhựa và dầu thải đạt tối đa lợi ích từ những chất thải này so với thiêu đốt hoặc tái chế
Hình 1.10 minh họa việc đồng xử lí chất thải vượt trội hơn so với thiêu đốt hay chôn lấp Ngoài lợi ích làm giảm phát thải CO2, đồng xử lí chất thải làm giảm phát thải khí me-tan từ chôn lấp Khí thải từ chôn lấp chứa khoảng 60 phần trăm me-tan, một loại khí với khả năng gây nóng lên toàn cầu gấp 21 lần CO2 [11]
Bùn thải khô/tách nước được chôn lấp chứa một lượng lớn cacbon có thể tạo ra me-tan Đồng xử lí bùn khô/loại nước trong lò xi măng có thể loại bỏ khí thải me-tan từ bùn chôn lấp Hình 1.11 cho thấy cân bằng CO2 của đồng xử lí và chôn lấp bùn thải
Hơn nữa, Taruya và cộng sự (2002) cho thấy CO2 tạo thành giảm 30 phần trăm khi bùn loại nước được đưa trực tiếp vào lò xi măng thay vì được đốt trong nhà máy xử lí bùn, với phần tro làm nguyên liệu sản xuất xi măng [21]
Hình 1 10 Khí thải nhà kính từ chôn lấp chất thải, thiêu đốt và đồng xử lí [10]
Hình 1 11 So sánh cân bằng CO 2 giữa đồng xử lí và chôn lấp 100 kg bùn thải [22] Đồng xử lí Chôn lấp
Chôn l ấ p gia tăng cân bằ ng CO 2 tương đương +183 kg CO 2 Đồng xử lí làm gi ả m cân b ằ ng CO 2 tương đương -51 kg CO 2
Chênh lệch: tương đương -234 kg CO 2
Tránh phát thải CO 2 hóa thạch (sử dụng biomass và tránh đốt than) Tiêu thụ tài nguyên và nguyên liệu
Hoạt động gây gánh nặng Hoạt động mang lợi ích
L ợ i ích th ự c Gán h n ặ ng th ự c Kg CO 2 tư ơn g đư ơn g
Thải Mê-tan, chất bay hơi bay hơi, CO Đồ ng nh ấ t tro ch ấ t th ả i vào clanhke, ti ế t ki ệ m nguyên li ệ u
Tro từ MSW và bùn thải sử dụng trong đồng xử lí thường có thành phần hóa học cho phép thay thế các nguyên liệu thông thường để sản xuất xi măng Hình 1.12 cho thấy sự tương tự giữa thành phần hóa học của tro từ bùn thải với clanhke
Hình 1 12 Thành phần hóa học của tro từ bùn thải và clanhke trong giản đồ 3 cấu tử: đá vôi (CaO) –silic đioxit (SiO2) – các oxit khó nóng chảy (R2O3) [23]
Tác độ ng c ủa đồ ng x ử lí đế n ch ất lượng xi măng và bê -tông
Khi chất thải được xử lí làm nhiên liệu trong công nghiệp xi măng, phần còn lại của chất thải nằm trong clanhke và sau đó là xi măng, điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm xi măng Trong đồng xử lí, chất lượng sản phẩm bao gồm hai khía cạnh : liệu phần còn lại của nhiên liệu thải có khảnăng gây nguy hiểm tới môi trường hay không ví dụnhư sự ngâm rỉ của sản phẩm xi măng, và liệu phần còn lại này có ảnh hưởng đến đặc tính kĩ thuật của clanhke cũng như của xi măng khi được sử dụng làm vật liệu xây dựng Các bộ tiêu chuẩn của các quốc gia cũng như quốc tếđã quy định giới hạn phần dư của nhiên liệu thải trong clanhke thương phẩm
Tro từ bùn thải Clanhke
Nhiệt độ cao trong lò nung xi măng có thể phá hủy hoàn toàn các thành phần hữu cơ trong chất thải rắn và bùn thải, nhưng với các thành phần vô cơ, bao gồm cả kim loại, được chuyển vào trong clanhke Do đó nếu có kim loại trong chất thải rắn và bùn thải, đồng xử lí các chất thải có thể thay đổi nồng độ các chất kim loại trong clanhke so với clanhke được sản xuất bằng phương pháp không sử dụng nhiên liệu thải [16]
Vì xi măng và bê tông sản xuất từđồng xử lí phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn chất lượng quốc gia và quốc tế nên nó không được sử dụng như là nơi chứa kim loại nặng hoặc có bất kì đặc tính nào có thể tác động không tốt đến môi trường Thêm vào đó xi măng nên đạt chất lượng cho phép phục hồi các sản phẩm hết hạn sử dụng [24] Các nghiên cứu trên cơ sở thống kê đã chỉ ra rằng đồng xử lí chất thải gây ảnh hưởng nhỏ đến thành phần kim loại nặng chứa trong clanhke, một ngoại lệ là khi sử dụng lốp xe làm nhiên liệu trong lò nung sẽ làm tăng nồng độ kẽm trong clanhke cuối cùng Quá nhiều thành phần kẽm sẽ gây ra vấn đề đến sự tạo hình xi măng portland, làm cho nó cứng quá nhanh, vì vậy cần phải được quản lí một cách phù hợp [10]
Trạng thái của các nguyên tốvi lượng trong clanhke cuối cùng là yếu tố quyết định trong việc đánh giá tác động môi trường có liên quan của đồng xử lí chất thải trong lò nung An toàn môi trường có thể được chứng minh thông qua các thí nghiệm lọc 6 Các kết quả nghiên cứu lọc để đánh giá tác động đến môi trường của các kim loại nặng chứa trong bê tông đã cho thấy rằng : lượng bị rửa trôi của tất cả các nguyên tố vi lượng từ bê tông là nhỏhơn hoặc gần giới hạn phát hiện của các phương pháp phân tích nhạy nhất Tuy nhiên một số kim loại như thạch tín, crôm, vanadi, antimon và molypden có thể dễ dàng di chuyển ra môi trường hơn, đặc biệt là khi vữa hoặc cấu trúc bê tông được nghiền thô hoặc nghiền vụn (ví dụ, khi tái sử dụng như cốt liệu trong nền đường bộ, hoặc chôn lấp) [24].
S ự cân b ằ ng gi ữa năng lượ ng s ử d ụng và đồ ng x ử lí rác
Đồng xử lí chất thải trong ngành công nghiệp xi măng làm giảm lượng nhiên liệu hóa thạch (như than đá) được sử dụng trong nhà máy và làm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính bằng cách giảm lượng khí CO2 và CH4 phát sinh từ chôn lấp hoặc đốt Tuy nhiên đồng xử lí đôi khi làm tăng việc sử dụng năng lượng tổng thể cho mỗi tấn clanhke sản xuất được Sự gia tăng năng lượng này có thể do một số yếu tố, chủ yếu là do độ ẩm trong chất thải nên phải bổ sung thêm năng lượng điện cho quạt để vận chuyển lượng hơi gia tằng và xử lí dòng bypass Bảng 1.5 và hình 1.13 minh họa một ví dụ về sựu cân bằng bù trừ năng lượng và thông tin chi tiết về lượng nhiệt tiêu thụ tăng thêm khi thực hiện đồng
6 Thí nghiệm lọc (leaching test): xi măng được ngâm trong dung dịch axit trong thời gian xác định, sau đó phân tích nước lọc để xác định lượng kim loại bị rửa trôi xử lí
Bảng 1 5 Một ví dụ về sự cân bằng giữa năng lượng sử dụng và đồng xử lí [25]
M ụ c Ch ỉ s ử d ụ ng nhiên li ệ u hóa th ạ ch
S ử d ụ ng c ả nhiên li ệ u hóa th ạ ch và thay th ế a (v ớ i thi ế t b ị ph ụ cho đồ ng x ử lí)
Nhu c ầ u nhi ệt lượ ng riêng 2.96 GJ/t clanhke c 3.27 GJ/t clanhke 10% b Lượ ng khí th ả i riêng
1.4 Nm³/kg clanhke 1.6 Nm³/kg clanhke 14%
Gi ả m áp t ạ i qu ạ t hút - 47 mbar d - 68 mbar 45% e a Lo ạ i ho ặ c các ph ầ n c ủ a nhiên li ệ u thay th ế không đượ c cung c ấ p trong tài li ệ u tham kh ả o b Xem hình 2.10: thông tin chi ti ế t c ủ a vi ệc tăng năng lượ ng c Nhu c ầ u nhi ệt lượ ng riêng 2.96 GJ/t clanhke cho nhà máy A là gi ớ i h ạn dướ i c ủ a ph ạ m vi s ử d ụng năng lượ ng và s ẽ đạt đượ c khi s ử d ụ ng m ộ t lò khô ho ạt độ ng r ấ t hi ệ u qu ả trong m ộ t th ờ i gian nh ất định, điề u ki ệ n ho ạ t độ ng r ấ t ổn đị nh v ớ i các nguyên li ệu thô lý tưởng Tuy nhiên điề u này khó có th ể đạt đượ c trong lò nung, sau kho ả ng th ờ i gian m ột năm Điều này cũng đượ c áp d ụ ng cho nhà máy B v ới đồ ng x ử lí d mbar : milibar e s ự gi ả m áp có th ể đượ c k ế t h ợ p b ở i nhi ề u y ế u t ố khác ch ứ không ch ỉ có đồ ng x ử lí Ví d ụ trong nhà máy B s ử d ụ ng bu ồng đố t th ứ c ấ p làm gi ả m thêm áp Tuy vi ệ c s ử d ụ ng bu ồng đố t th ứ c ấ p r ấ t h ữu ích nhưng đây không ph ả i là yêu c ầ u b ắ t bu ộc đố i v ới đồ ng x ử lí
Hình 1 13 Thông tin chi tiết về sựgia tăng 10 phần trăm năng lượng sử dụng khi tiền xử lí, trong bảng 1.5 [25]
Tính kinh t ế c ủ a th ự c hi ện đồ ng x ử lí
Tổng chi phí của đồng xử lí bao gồm vốn và chi phí duy trì hoạt động như sau [8]
Nâng cấp lò nung và các thiết bị liên quan
Kiểm tra sự hoạt động
Thu gom và vận chuyển chất thải tiền xử lí, chi phí này có thể âm nếu như nhà
Bụi máy tính phí cho quá trình đồng xử lí
Hệ thống giám sát liên tục khí thải (CEMS 7 )
Lấy mẫu và phân tích vật liệu
An toàn và sức khỏe khi vận hành (OH&S 8 ): thiết bị bảo hộan toàn lao động và công tác đào tạo Đôi khi các chi phí trên liên quan đến quá trình tiền xử lí và đồng xử lí lớn hơn so với giá trị về mặt năng lượng và nguyên liệu của chất thải, do đó cần có một loại phí xử lí chất thải được thu bởi các nhà máy xi măng kết hợp đồng xử lí Trong một sốtrường hợp như ở Nhật bản thì đồng xửlí thu được lợi nhuận cao vì việc xử lí chất thải được tính giá cao
Các tiêu chuẩn kĩ thuật và chính sách khuyến khích bảo vệmôi trường của từng quốc gia ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của đồng xử lí [10] Thêm vào đó giá nhiên liệu thì khác nhau ở từng quốc gia, thậm chí là khác nhau trong các khu vực của cùng một quốc gia Vì vậy hiệu quả kinh tế của đồng xử lí phải được đánh giá theo các địa điểm và hoàn cảnh cụ thể của từng nhà máy Các loại lò trong nhà máy xi măng (lò ướt, lò khô cổ điển, lò nung có preheater, lò nung có preheater kiểu mới [NSP 9 ]) ảnh hưởng rất lớn đến tính khả thi về tài chính của đồng xử lí Lò ướt và lo nung khô cổ điển không hiệu quả về mặt năng lượng so với các lò nung NSP hiện đại, vì vậy các nhà máy sử dụng công nghệlò cũ cần phải nâng cấp để giảm chi phí nhiên liệu, từ đó mới cạnh tranh được với các nhà máy sản xuất xi măng hiện đại [8]
Các yếu tố khác ảnh hưởng đến khảnăng tài chính của đồng xử lí là : chi phí ngày càng tăng của nhiên liệu hóa thạch, các chính sách ưu đãi về kinh tế của từng vùng, quốc gia và quốc tế liên quan đền giảm ô nhiễm môi trường, tránh được chi phí xây dựng các lò đốt chất thải và bãi chôn lấp, và các ưu đãi liên quan đến các nguồn năng lượng thay thế [20]
GTZ/Holcim (2006) đưa ra nguyên tắc được áp dụng trong phân tích hiệu quả kinh tế của đồng xử lí là “người gây ô nhiễm phải trả tiền” 10 Theo đó những người tạo ra chất thải (ví dụ ngành công nghiệp) hoặc chịu trách nhiệm xử lí chất thải (vi dụ thành phố) phải đảm bảo và trả tiền cho các hoạt động xử lí và quản lí chất thải một cách tốt nhất
7 CEMS: Continuous emission monitoring system (Hệ thống giám sát liên tục khí thải), từ đây trở đi sẽ dùng từ CEMS
8 OH&S: Operation, health and safety
9 NSP: New suspension preheater: preheater kiểu treo (xyclon) mới, là công nghệ hiện đại đang được áp dụng
Một số quy định có thể làm cho đồng xử lí chất thải rắn và bùn thải trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế Như các quy định hỗ trợ gồm : sự thu hẹp hoặc giới hạn các bãi chứa chất thải, giá nhiên liệu hóa thạch tăng cao, thuếcacbon, và các quy định giảm lượng phát thải cacbon vào không khí Ví dụ như chính sách cấm chôn lấp bùn thải chưa xử lí ở California, bùn phải được làm khô ở ít nhất 60 o C để thành “chất rắn sinh học loại A”, điều này phù hợp với đồng xử lí trong lò nung xi măng [8] Ngoài ra ở Thụy sĩ việc sử dụng bùn thải vào nông nghiệp là bị cấm vì nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe
Hình 1.14 cho thấy ví dụ về chi phí sử dụng nhiên liệu trong nhà máy xi măng và mục tiêu sử dụng nhiên liệu thứ cấp Qua đây ta thấy việc giảm chi phí năng lượng trên mỗi tấn clanhke là kết quả của việc sử dụng nhiên liệu thay thế có chi phí thấp để thay thế cho việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch có chi phí cao
Hình 1 14 Một ví dụ chi phí nhiên liệu trong nhà máy xi măng cới mục tiêu sử dụng nhiên liệu thay thế [25]
Các nguy cơ về s ứ c kh ỏe và môi trườ ng khi th ự c hi ện đồ ng x ử lí
Việc thiếu kiểm soát khí thải trong lò nung xi măng, đặc biệt là cho các lò có đồng xử lí chất thải có thể dẫn đến hậu quả là nồng độ các chất trong không khí xung quanh là rất cao Tiếp xúc với các chất này dẫn đến các vấn đề về hô hấp, da, tiêu hóa và kích ứng mắt Tiếp xúc với không khí bị ô nhiễm trong thời gian dài có thểlàm tăng nguy cơ ung thư hoặc các tác hại xấu tới sức khỏe bao gồm tổn thương hệ thống miễn dịch và các vấn đề về sinh sản, sinh trưởng, thần kinh hay hô hấp Khí thải lò nung cũng gây tác động bất lợi đến môi trường, ví dụ như NOx phát thải từ lò nung xi măng có thể gây tác động xấu tới tầng ozon, gây mưa axit và sự suy giảm chất lượng nước Từ những năm 1970 các quy định nghiêm ngặt về khí thải từcác nhà máy xi măng đã làm giảm đáng kể khảnăng cộng đồng tiếp xúc với các phát thải độc hại và tác động đến môi trường của chúng
Gần đây với sự gia tăng đồng xử lí chất thải trong lò nung xi măng thì xuất hiện những mối quan ngại về việc liệu các hóa chất phát ra theo khí thải khi các nhà máy xi măng hoạt động có thể đe dọa đến sức khỏe của cộng đồng Mối quan ngại này chủ yếu xuất phát từ giả thiết rằng những nhà máy này thải ra một lượng hóa chất độc hại lớn hơn nhiều so với các nhà máy chỉ sử dụng nhiên liệu thông thường [26] Nếu MSW và bùn thải được đồng xử lí một cách chính xác và theo tiêu chuẩn vềmôi trường và khí thải quy định nghiêm ngặt, thì sẽ không phát sinh thêm những rủi ro về sức khỏe cũng như là môi trường so với việc chỉ sử dụng than là nhiên liệu [27].
Nh ữ ng rào c ản chính đố i v ớ i th ự c hi ện đồ ng x ử lí
Một số rào cản chính đối với đồng xử lí chất thải rắn và bùn thải trong công nghiệp xi măng như:
Mặc dù ngành công nghiệp xi măng muốn đưa ra bộ tiêu chuẩn thống nhất chung về khí thải đối với đồng xử lí chứ không phải là riêng lẻ đối với từng nhà máy xi măng đồng xử lí, tuy nhiên khi đồng xử lí chất thải nguy hại thì tùy từng trường hợp phải có sự cho phép cụ thểđể đảm bảo an toàn sức khỏe và tuân thủcác quy định vềmôi trường
Nh ững quy đị nh và tiêu chu ẩ n
Một số quốc gia thiếu các quy định và tiêu chuẩn cụ thểđối với đồng xử lí chất thải trong ngành công nghiệp xi măng Việc thực thi không đầy đủcác quy định về quản lí chất thải ở các nước đang phát triển cũng là một trong những rào cản quan trọng
Trong nhiều trường hợp, đồng xử lí có thể không khả thi về mặt kinh tế nếu như ý nghĩa xã hội của nó không được tính đến Vì vậy các thành phố hoặc chính phủ muốn theo đuổi đồng xử lí thì phải đưa ra các chương trình khuyến khích và ưu đãi về mặt kinh tế, đảm bảo cân bằng giữa kinh tế và bảo vệmôi trường
S ự ch ấ p nh ậ n t ừ c ộng đồ ng
Người dân và các tổ chức đoàn thể địa phương thường nhận thức đồng xử lí giống như việc đốt chất thải nên sẽ không đồng tình với việc đồng xử lí chất thải rắn và bùn thải trong lò nung xi măng Mối quan tâm lớn nhất là khí thải tử quá trình đốt cháy có chứa các chất độc, đặc biệt dioxin; đây là mối quan tâm chính đáng Vì vậy các kiến thức cơ bản về đồng xử lí và các lợi ích từ đồng xử lí nên được phổ biến đến toàn thể người dân Chính quyền nên công khai các dữ liệu giám sát về khí thải và thông tin về các nhà máy xi măng đồng xử lí để đảm bảo với người dân rằng lượng khí thải thoát ra phù hợp với tiêu chuẩn cho phép
Chi phí để sản xuất RDF, tiền xử lí bùn thải và đồng xử lí thường cao hơn so với lệ phí bãi rác hiện nay Tuy nhiên cần lưu ý rằng chi phí chôn lấp hiện nay hầu hết chưa tính đến các chi phí khi xảy ra ô nhiễm nước ngầm trong tương lai và lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính Vì vậy cần có phương án, hoặc là tính cả các chi phí phát sinh vào trong chi phí chôn lấp, hoặc là thực hiện các chinh sách ưu đãi tài chính và hỗ trợ để làm cho đồng xử lí có tính cạnh tranh với các phương pháp xử lí thông thường
Cơ sở hạ tầng hiện tại để xử lí bùn thải chủ yếu dựa vào làm phân sinh học hay chôn lấp
Vì vậy cần đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng thay thếđể vận chuyển và tiền xử lí cho các nhà máy xi măng.
Chính quyền cần đầu tư, nâng cấp các thiết bị và thiết lập các qui trình hợp lí để phân loại các thành phần trong MSW và sản xuất RDF
Vi ệ c thi ế u h ụ t l ự c lượng lao động có trình độ
Quá trình đồng xử lí chất thải trong nhà máy xi măng đòi hỏi các chuyên gia có trình độ cao để thiết lập và vận hành các thiết bị và các nhân viên phải được đào tạo bài bản Đây chính là hạn chế lớn nhất hiện nay ở các quốc gia đang phát triển
Nh ững đặc điểm kĩ thuậ t c ủa quá trình đồ ng x ử lí
Công ngh ệ ti ề n x ử lí
Những vật liệu thải dùng cho đồng xử lí trong công nghiệp xi măng được lấy từ những nguồn chất thải được lựa chọn Như đã nói, chất thải thường cần được tiền xử lí (ví dụ, tách nước, sấy khô, đập, pha trộn, nghiền, đồng nhất, vv…) và đảm bảo chất lượng [11]
Chất thải đô thị lẫn lộn phải được tiền xửlí trong các cơ sở quản lí chất thải Mức độ tiền xử lí chất thải tùy thuộc vào loại chất thải và yêu cầu của ngành công nghiệp xi măng
1.3.1.1 Công nghệ tiền xử lí cho MSW
MSW là một hỗn hợp không đồng nhất nhiều vật liệu Tiền xử lí giúp tạo nhiên liệu đồng nhất hơn (RDF) và nên được tích hợp thành một phần của hệ thống quản lí MSW Hình 1.15 đưa ra một ví dụ của việc quản lí MSW tích hợp [29] Những đặc tính quan trọng của RDF khi dùng làm nhiên liệu là nhiệt trị riêng, hàm lượng nước, hàm lượng tro, hàm lượng lưu huỳnh và clo Những giá trị này phụ thuộc vào thành phần của rác thải, điều này lại phụ thuộc vào nguồn phát sinh và thay đổi theo địa điểm (ví dụ, hộ gia đình, văn phòng, địa điểm xây dựng), mùa, hệ thống thu gom (trộn lẫn, phân loại riêng) và kĩ thuật tiền xử lí áp dụng (sàng, phân loại, nghiền, sấy) [28]
Có nhiều phương pháp tiền xử lí cho MSW Một biện pháp thông dụng ở các nước phát triển là xử lí cơ – sinh học 11 (MBT) MSW để sử dụng trong công nghiệp xi măng [28] MBT được mô tảdưới đây.
MBT là một khác niệm chung cho nhiều qui trình trong công nghệ xử lí rác thải Mục đích chính của MBT là tạo chất đốt (RDF) từ MSW Trong qui trình này, MSW thô được sàng và tách riêng ra các vật liệu có thể tái chế như là kim loại, nhựa, mảnh các-tông cỡ lớn, lon nhôm và những vật liệu khác có thể sử dụng lại Phần vật liệu còn lại chứa nhiều thành phần hữu cơ như chất thải từ nhựa và chất thải có thể phân hủy vi sinh, được nghiền đến kích thước mong muốn, tạo thành RDF sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy xi măng (Hình 1.16) [28]
11 Xử lí cơ – sinh học : Mechanical Biological Treatment, viết tắt là MBT; từ đây trở đi sẽ dùng từ MBT
Hình 1 15 Một ví dụ về quản lí MSW tích hợp [29]
Trung bình, MBT một tấn MSW thu được khoảng 250 kg RDF Một vài giá trị cụ thể ở một số nước: Áo 230 kg (cơ-sinh), Bỉ 400-500 kg (cơ-sinh), Hà Lan 350 kg (cơ học), và Anh 220-500 kg (cơ học) [38] Hình 1.17 đưa ra sơ đồ khối cho những dạng MBT chính Công nghệ làm bền sinh học kèm sấy khô đơn giản phía bên phải có thể là lựa chọn cho MBT ở những nước mới phát triển có lượng chất hữu cơ lớn trong rác thải Kĩ thuật này đang được sử dụng ở Thái Lan trong Dự án quản lí chất thải rắn Thái-Đức [30] Hình 1.18 cho thấy phần rác có nhiệt trị cao thu được sau khi MBT trong một dự án nghiên cứu phát triển bền vững ởẤn Độ [31].
Phân tách sơ bộ khi thu gom Phân tách lần hai tại khu vực tái ch ế
Vật liệu tái chế Không tái chế
Không th ể làm phân bón
V ậ n chuy ển đế n nhà máy xi măng
Trách nhiệm nhà máy xi măng
V ậ t li ệ u ép thành kh ố i Đồng xử lí
Hình 1 16 Một ví dụ MBT để sản xuất RDF [28]
Phân tách thép và nhôm bằng từ và dòng điệ n xoay chi ề u sàng
Ph ầ n h ạ t dướ i sàng Đi chôn lấp
Phần nhiệt trị cao (có phân loại tỉ trọng hay không) dùng cho RDF, nhi ệ t phân, khí hóa,vv – đôi khi chôn lấ p
Phần dễ phân hủy vi sinh được xử lí làm ổn định (sau đó chôn lấp và tự tiêu hủy trong đất)
Hình 1 17 Sơ đồ khối cho những phương pháp MBT chính [30]
Hình 1 18 Phần rác có nhiệt trị cao sau xửlí cơ – sinh học [31]
Thường thực hiện MBT cho chất thải không nguy hại, như là MSW, rác thương mại, phế thải xây dựng Những chất thải được xử lí nhiều nhất theo cách này là giấy, nhựa, gỗ và vải Hai loại nhiên liệu chính tạo ra từ MBT: dạng miếng, xé hay dạng được làm đặc như viên, khối và bánh Chất thải rắn thu hồi được làm đặc có thể có nhiệt trị lên đến 30 MJ/kg tùy thuộc vào thành phần
Nh ữ ng quá trình trong dây chuy ề n s ả n xu ấ t RDF
Dây chuyền sản xuất RDF bao gồm nhiều quá trình giúp phân tách những thành phần không mong muốn với những chất cháy được để thu được những đặc tính yêu cầu của nhiên liệu Những quá trình chính là phân loại rác thải, giảm kích thước, sấy khô và làm đặc Những thiết bị này có thể được bố trí theo những cách khác nhau tùy thuộc vào thành phần của MSW và yêu cầu chất lượng của RDF Mỗi quá trình xửlí RDF được giải thích sơ bộdưới đây [4]
Thiết bị phân tách phân loại các vật liệu khác nhau phù hợp cho những mục đích sử dụng cuối khác nhau Những khả năng sử dụng cuối bao gồm tái chế, xử lí sinh học, thu hồi năng lượng bằng việc tạo RDF, và chôn lấp Có nhiều kĩ thuật được sử dụng để phân loại rác thải (xem bảng 1.6) Hầu hết các cơ sở xử lí rác thải sử dụng kết hợp nhiều kĩ thuật Công nghệ phân loại rác thải theo những đặc tính cụ thể của vật liệu (kích thước, hình dạng, vv ) Một vài kĩ thuật phân loại rác tiêu biểu được giải thích ngắn gọn dưới đây
Bảng 1 6 Các kĩ thuật phân loại MSW [30]
Kĩ thuậ t phân lo ạ i Đặ c tính phân lo ạ i V ậ t li ệu hướng đế n
Phân lo ạ i th ủ công Nh ững đặ c tính d ễ th ấ y
Sàng Kích thướ c L ớ n – gi ấ y, nh ự a
Nh ỏ – ch ấ t h ữu cơ , th ủ y tinh, b ụ i
Phân lo ạ i t ừ Tính t ừ V ậ t li ệ u s ắ t thép
Phân lo ại điệ n xoay chi ề u Tính d ẫn điệ n Kim lo ạ i không t ừ tính
Phân lo ại ướ t Kh ối lượ ng riêng khác nhau
N ổ i – nh ự a, ch ấ t h ữu cơ Chìm - đá , th ủ y tinh
Phân lo ạ i không khí Tr ọng lượ ng Nh ẹ – nh ự a, gi ấ y
Phân lo ạ i b ằ ng cách r ả i 12 Kh ối lượng riêng, độ đàn hồ i
N ặ ng – đá, thủ y tinh Phân lo ạ i quang Tính ch ấ t nhi ễ u x ạ Polime nh ựa đặ c bi ệ t
Thông thường bước đầu tiên trong xử lí MSW là phân loại thủ công Những vật lớn như dụng cụ, đồ gỗ, vv , cũng như những chất ô nhiễm cụ thể (ví dụ, chất thải nguy hại) có thểđược loại bỏ khỏi MSW nhờ công nhân thực hiện thủ công Phân loại thủcông cũng giúp thu gom giấy tái chế, đồđựng bằng thủy tinh/nhựa Thiết bị dùng cho phân loại thủ công thường bao gồm băng tải hay bàn phân loại [4]
Sàng trống quay là một sàng hình trụ quay nghiêng xuống một góc Bề mặt sàng làm bằng lưới đan hoặc tấm đục lỗ (Hình 1.19) Nó có thể dùng cho MSW hỗn tạp trước hoặc sau khi nghiền Sàng trống quay cho thấy có hiệu quả và hiệu suất tốt khi xử lí MSW hỗn tạp và thường xuyên được sử dụng [4]
Phân loại từ tách biệt kim loại sắt thép khỏi MSW Ba loại thiết bị phân tách từ là đầu pu- li từ, thùng từ quay, và băng tải từ Mức thu hồi kim loại từ trong MSW là khoảng 80 phần trăm cho một bước phân tách Có thể đạt được hiệu quả thu hồi cao hơn khi sử dụng nhiều bước phân tách từ Nếu sử dụng thiết bị phân loại không khí trước thiết bị phân tách từ, có thểtăng tỉ lệ thu hồi đến 85 hay 90 phần trăm vì thiết bị phân loại không khí loại bỏ phần nhẹnhư giấy và nhựa, mà có thểảnh hưởng đến quá trình phân tách từ [4]
12 Nguyên văn : Ballistic Separation: quá trình phân loại trong đó phần rác nhẹ và phẳng được đưa lên trên, phần nặng, cứng và lăn được xuống dưới, còn phần mịn lọt qua khe hở xuống dưới
Phân loại bằng không khí dựa trên sự khác nhau đặc tính khí động của rác thải Quá trình bao gồm sự tương tác giữa dòng khí chuyển động, chất thải đã được nghiền và trọng lực
Phần MSW lơ lửng trong dòng khí là phần nhẹ (ví dụ, giấy và nhựa), và phần vật liệu lắn xuống là phần nặng (ví dụ, kim loại và thủy tinh) Có nhiều loại thiết bị phân tách không khí với các mô hình dòng khí khác nhau [4]
H ệ th ố ng t ồ n tr ữ , v ậ n chuy ể n và n ạ p
Trong hầu hết trường hợp, những xe tải chuyên dụng vận chuyển nhiên liệu đã được tiền xửlí đến khu vực tồn trữ tại nhà máy xi măng thực hiện đồng xử lí Chất thải được tồn trữ tại nhà máy đúng cách theo các qui định và pháp luật Cần có thiết bị thu và lọc hơi để giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng của việc dỡ hàng tại điểm tiếp nhận và khu vực xung quanh Từ nơi tồn trữ, những băng tải tự động chuyển rác thải đến điểm nạp trong hệ thống lò xi măng Một hệ thống cân điều chỉnh chính xác tốc độ nạp thích hợp vào lò [28] (Hình 3.16) Dựa theo một nghiên cứu khả thi về việc sử dụng bùn thải trong một nhà máy xi măng ở Úc, APP (2011) cho rằng năng lượng để tiếp nhận, tồn trữ, vận chuyển và nạp bùn thải khô vào nhà máy xi măng khoảng 235 kW Vốn đầu tư ước tính khoảng 6 đến 11,5 triệu đô với 60.000 tấn bùn khô mỗi năm [41]
Hình 1 30 Xử lí rác thải làm nhiên liệu tại nhà máy xi măng [47]
Có nhiều hệ thống tồn trữ khác nhau cho nhiên liệu thay thế, bao gồm nhà kho chứa với các thiết bị xử lí hoặc silo chứa với các hệ thống tháo Cách tồn trữ phụ thuộc vào loại rác thải Tồn trữ RDF trong nhà kho công nghiệp để giữđộ ẩm và các tính chất khác của RDF và giảm tối thiểu những ảnh hưởng về mĩ quan và mùi cũng như nguy cơ bị tràn đổ
Bùn thải có tính mài mòn lớn, và tùy thuộc vào thành phần, có khuynh hướng lên men trong quá trình sử dụng [28] Tính chất tự gia nhiệt của bùn cũng có thể gây ra cháy nổ trong hệ thống tồn trữ và nghiền [45] Cần chú ý đặc biệt tới những tính chất này khi thiết kế, lắp đặt hệ thống tồn trữ, vận chuyển tại nhà máy xi măng Silo hình trụ làm kín với thiết bị tháo đặc biệt ( bộ xả hình nón hoặc đáy phẳng) được dùng tồn trữ bùn để làm giảm tối thiểu những ảnh hưởng đến sức khỏe Thông thường, dùng silo chứa với bộ xả hình nón [28]
Tùy thuộc vào đặc tính của hệ thống và loại chất thải, có thể dùng vận chuyển cơ học hoặc vận chuyển bằng khí động để di chuyển rác thải trong nhà máy xi măng và nạp vào lò quay Vận chuyển bằng cơ học thì ít tốn năng lượng hơn Hình 1.31 cho thấy những hệ thống khác nhau dùng cho vận chuyển bằng cơ học.
Hình 1 31 Những hệ thống vận chuyển bằng cơ học [48]
1.3.2.3 Hệ thống nạp và cân chỉnh
Tùy thuộc vào điểm nạp rác thải, có thể dùng nhiều hệ thống nạp khác nhau Sử dụng hệ thống nào cũng nên đảm bảo độ chính xác và ổn định cao, tránh những lần dừng do tắc nghẽn, và có thể linh hoạt xửlí được nhiều nhiên liệu Hình 1.32 và 1.33 cho thấy một ví dụ về hệ thống cân chỉnh và nạp RDF theo thứ tự vào precalciner và lò quay
Hệ thống cân chỉnh nạp nhiên liệu vào lò theo tỉ lệ được định trước Tùy thuộc vào loại rác thải, những hệ thống nạp khác nhau được sử dụng Ví dụ, Schenck Process đề nghị dùng thiết bị nạp rotor, và FLSmidth PFISTER đề nghị thiết bị nạp trục vít (Hình 1.34)
Một ví dụ khác là máy phun nhiên liệu vào giữa lò cung cấp bởi Cadence (Hình 1.35) Nhiên liệu từ rác thải đặt lên thiết bị và quay cùng với lò, Khi vòi phun nhiên liệu ở vị trí thẳng đứng, một cơ cấu làm nhiên liệu rơi vào trong lò Hệ thống này nhanh chóng phù hợp với lò xi măng Thời gian hoàn vốn của nó là 1 năm hoặc ngắn hơn [49].
Hình 1 32 Ví dụ về hệ thống cân chỉnh và nạp RDF vào precalciner [50]
Hình 1 33 Ví dụ hệ thống vận chuyển và cân chỉnh để nạp RDF vào béc đốt chính của lò [42]
Hình 1 34 Thiết bị nạp roto (trái) và thiết bị nạp vít (phải) để cân chỉnh nhiên liệu rác [51]
Hình 1 35 Công nghệ phun nhiên liệu vào giữa lò của Cadence [49]
Đồ ng x ử lí ch ấ t th ả i r ắn đô thị và bùn th ả i t rong nhà máy xi măng
Thông thường, RDF có thể thay thế15 đến 20 phần trăm nhiên liệu hóa thạch dùng trong nhà máy xi măng trên thế giới [28] mặc dù tỉ lệ này có thể cao đến 30 phần trăm [9] và nếu chất lượng RDF cao nó có thể đến 60% Tốc độ nạp tối đa bùn thải không nên lớn hơn 5 phần trăm năng suất clanhke Do đó, với lò quay xi măng 2000 tấn/ngày, có thể dùng tối đa 100 tấn bùn khô mỗi ngày mà không làm giảm chất lượng clanhke [28] Ủy Ban Châu Âu (2004) cho rằng bùn thải có thể thay thế đến 20 phần trăm nhiên liệu hóa thạch trong nhà máy xi măng
Thay thế than hay than cốc dầu mỏ bằng RDF dẫn đến tăng lượng khí thải sinh ra hơn 15 phần trăm Trong hệ thống có năng suất máy thổi khí không đổi và lượng khí phát thải bị giới hạn, có thể sử dụng RDF theo hai cách: 1) điều kiện đẳng nhiệt, ví dụ, biên dạng nhiệt độ có thể được duy trì bằng cách cung cấp lượng gió hai nhỏ hơn (phần trăm O 2 trong dòng khí ra nhỏ hơn), hoặc 2) điều kiện hòa trộn được duy trì, dẫn đến nồng độ O2 trong dòng khí ra như cũ và nhiệt độ cháy nhỏ hơn Cả hai lựa chọn này đều có thể làm giảm sự hình thành NOx [20]
1.3.3.1 Chọn điểm nạp nhiên liệu thay thế
Với nhiệt độ khác nhau tại các phần khác nhau trong qui trình sản xuất xi măng, cần thiết phải nạp chất thải tại điểm nạp thích hợp trong qui trình đểđảm bảo sự cháy hay sựđồng nhất hoàn toàn và tránh phát thải không mong muốn Hình 1.36 cho thấy sơ đồ các vùng phản ứng với nhiệt độ tương ứng trong các công nghệ lò khác nhau [52] Điểm nạp nên được chọn tùy theo bản chất của nhiên liệu từ chất thải Những điểm nạp thông thường nhất trong qui trình sản xuất xi măng là [53]:
Béc đốt chính tại đầu ra lò quay
Đường liệu trượt vào buồng chuyển tiếp vào đầu vào lò quay ( nhiên liệu thô)
Vào ống thẳng (riser) 16 ở buồng đốt thứ
Đường liệu trượt vào precalciner (nhiên liệu thô)
Van vào giữa lò trong trường hợp lò dài (liệu thô) Điểm nạp nhiên liệu từ rác thải thích hợp vào lò xi măng liên quan đến nhiệt độ và thời gian lưu, tùy thuộc vào thiết kế, loại và vận hành lò quay (Hình 1.37) Nói chung, lò nên được vận hành sao cho đảm bảo được dòng khí ra từ đồng xử lí rác thải được nâng lên nhiệt độ 850°C trong 2 giây, một cách đồng nhất và có kiểm soát thậm chí ở điều kiện không thuận lợi nhất Nếu chất thải có chứa hơn 1 phần trăm hợp chất halogen hữu cơ (clo) được đồng xử lí, nhiệt độ cần được nâng lên đến 1100°C -1200°C trong ít nhất 2 giây [16]
Nhiêu liệu thải với nhiều chất có độ bền cao, như những hợp chất giàu clo, nên được nạp vào béc đốt chính nơi có nhiệt độ cháy cao và thời gian lưu lớn sẽ đảm bảo quá trình đốt cháy hoàn toàn Chất thải với nhiều chất hữu cơ bay hơi có thể được nạp vào béc đốt chính, giữa lò, ống riser, hay vào precalciner nhưng không nên nạp cùng với những nguyên liệu khác trừ khi các kiểm tra chứng tỏ không gây ảnh hưởng đến khí lò thoát ra
Chất thải nguy hại nên được nạp vào béc chính hoặc béc thứ của lò preheater/precalciner Chất thải nạp vào béc đốt chính được phân hủy dưới điều kiện oxi hóa với nhiệt độ ngọn lửa hơn 1800 °C Chất thải nạp vào béc thứ, preheater, hay precalciner sẽ phân hủy ở nhiệt độ thường hơn 1000°C [24] Chất thải nên được nạp liên tục vào lò ngoại trừ những quá trình vận hành như khởi động và dừng khi mà không đạt được nhiệt độ và thời gian lưu thích hợp [16]
16 Ống thẳng (riser duct): từ đây trở đi dùng từ ống riser
Hình 1 36 Các vùng phản ứng với nhiệt độtương ứng trong các công nghệ lò khác nhau [52]
1.3.3.2 Béc đốt nhiều nhiên liệu
Một trong những cải tiến quan trọng mà nhà máy xi măng phải làm để đồng xử lí rác là lắp đặt một béc đốt có thể xử lí cả nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu từ chất thải Loại béc đốt thông dụng ngày nay gọi là béc đốt đa liệu, được bán bởi nhiều nhà cung cấp thiết bị [28] Béc đốt KHD’s PYRO-Jet (Hình 1.38) là một ví dụ; béc đốt này được dùng ở
Thụy Sĩ đểđốt nhiều loại nhiên liệu theo tỉ lệnhư sau [25]:
Hình 1 37 Những điểm nạp chất thải thông thường [24]
Hình 1 38 Mặt cắt ngang một béc đốt đa liệu [25]
Béc đốt đa liệu gồm nhiều ống đồng trục Khoảng trống khí ở giữa các ống đồng trục cho phép phun không khí nén vào để đốt Bên trong hay liền kề các ống đồng trục, các ống được lắp các lỗphun đặc biệt để phun gió hai và /hoặc dầu đốt và nhiên liệu thay thế Ống trong cùng là kênh dành cho nhiên liệu rắn thải vì có mặt cắt lớn nhất các ống đồng trục
Một nhà sản xuất béc đốt đa liệu khác, Pillard, cung cấp béc Pillard ROTAFLM (Hình
1.39) có khả năng có khả năng đốt 80% nhiên liệu thay thế cùng với nhiên liệu truyền thống Trong thiết kế này, một phần gió một được dẫn đi trong một ống riêng bao quanh ống dẫn nhiên liệu thay thế chính và sau đó, ngay gần cửa vào, được phun qua những lỗ vào dòng nhiên liệu, di chuyển vào và xáo trộn dòng nhiên liệu [54]
Hình 1 39 Béc đốt đa liệu Pillard ROTAFLM và đầu béc để đồng xử lí nhiên liệu thay thế [54]
1.3.3.3 Những cải tiến/trang bị bổ sung cho hệ thống lò quay đểđồng xử lí
Quá trình đốt nhiên liệu thay thế rắn khác với than ở những điểm sau [55]:
Tốc độ phân hủy nhiệt có ảnh hưởng lớn đến sự cháy hoàn toàn của nhiên liệu thay thế
Sự khuếch tán ô-xi hạn chế tốc độ cháy nhiên liệu thay thế ở mức độ lớn hơn so với than
Nhiệt độ không ảnh hưởng lớn đến sự cháy hoàn toàn của nhiên liệu thay thế
Kích thước hạt không liên hệđơn giản với phần dư lại của nhiên liệu thay thế
Hình 1.68 cho thấy mỗi quan hệ giữa kích thước hạt với thời gian cháy hết của các loại nhiên liệu rắn khác nhau Nhiên liệu thay thế rắn thường có thời gian cháy hết lớn hơn vì có kích thước lớn hơn so với than Điều này có thể gây ra những vấn đề vận hành trong nhà máy xi măng nếu không được thiết kếtính đến hiện tượng này [55]
Hình 1 40 Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian cháy hết của các loại nhiên liệu khác nhau trong lò xi măng [55]
C ấ u hình precalciner và trang b ị b ổ sung
Những cấu hình khác nhau của precalciner hỗ trợ việc sử dụng nhiều loại nhiên liệu thay thế với các tính chất khác nhau và giải quyết vấn đề đã được đề cập ở trên về thời gian cháy (Hình 1.41) Đối với rác và sinh khối xé (nghiền thô), precalciner kéo dài cung cấp đủ thời gian để đối cháy hết nhiên liệu trong khi với rác và sinh khối thô, cần thay đổi thiết kế, như là lắp thêm thiết bị bổ sung ( ví dụ, buồng đốt của KHD Humboldt Wedag hay FLSmidth’s HOTDISC)
Hình 1 41 Những cấu hình precalciner khác nhau đểđồng xử lí nhiên liệu thay thế [25]
Buồng đốt của KHD Humboldt Wedag là một sự bổ sung mới vào hệ thống lò đốt Nó cho phép sử dụng nhiên liệu thay thế chất lượng thấp trong đồng xử lí (Hình 1.42) Buồng đốt đã được vận hành trong nhà máy xi măng tại Na uy từnăm 2004 Từ khi trang bị, 60 phần trăm tổng lượng nhiên liệu trong lò xi măng được nạp qua buồng đốt Thành phần nhiên liệu gồm hỗn hợp 6 phần trăm than/ than cốc dầu mỏ/ phế phẩm động vật, 16 phần trăm nhiên liệu thay thế rắn, và 38 phần trăm RDF nhỏ [25]. Đường kính (mm)
Rác và Sinh kh ố i thô
Rác và Sinh kh ố i xé
Rác và Sinh kh ố i nghi ề n thông thườ ng kéo dài Có b ộ m ồ i l ử a Có bu ồng đố t
Nhiên li ệ u: hòa l ẫ n v ớ i không khí và d ễ b ắ t l ử a d ạ ng c ụ c (thô) va khó b ắ t l ử a
Hình 1 42 Precalciner với buồng đốt KHD Humboldt Wedag [25]
Một nhà cung cấp công nghệ xi măng khác, FLSmidth, cung cấp các giải pháp về precalciner, trong đó có HOTDICS, để đồng xử lí nhiên liệu thay thế [55] Khi nhiên liệu thay thế, nguyên liệu đã được gia nhiệt, và gió ba được chuyển vào HOTDISC, nó tạo ra khí cháy, liệu được nung một phần, và phần tro cháy Những dòng này sau đó được xử lí tiếp trong precalciner (Hình 1.43) Kết quảthu được liệu được nung sẵn sàng vào lò nung, với khí thải được kiểm soát tốt Nhiệt lượng của nhiên liệu thay thế dùng cho quá trình nung liệu (can-xin hóa) Thời gian lưu nhiên liệu tăng thêm làm giảm sự tuần hoàn các chất dễbay hơi và giảm tắc nghẽn ởđầu vào lò [56]
Công ngh ệ tr ộ n không khí trong lò
Phần khí giàu O2 có nhiệt độ cao có khuynh hướng di chuyển dọc theo phía trên lò, và phần khí giàu CO2 nguội hơn có khuynh hướng di chuyển phía dưới Sự phân tầng dòng khí này ngăn cản quá trình cháy, hạn chế lượng nhiên liệu thay thế sử dụng, và góp phần gây ô nhiễm Bổ sung một dòng không khí trộn ngược dòng tốc độ cao làm lớp khí phân tầng xoay tròn và hòa trộn (Hình 1.44) Sự hòa trộn này cải thiện sự cháy, cho phép tăng lượng nhiên liệu thay thế, giảm NOx đáng kể, và cho chất lượng sản phẩm tốt hơn [28] khí xoáy
Hình 1 43 Buồng đốt HOTDISC của FLSmidth [56]
Hình 1 44 Công nghệ trộn không khí [28]
Thi ế t b ị t ạo dòng khí xoáy để đồ ng x ử lí rác th ả i
Nhiên liệu từ chất thải rắn được chuyển bằng khí nén qua hệ thống đường ống vào béc đốt Đường ống nhiên liệu thải bên trong béc đốt cơ bản cũng cùng đường kính với đường ống dẫn Thiết bị tạo dòng khí xoáy được lắp đặt ở phía đầu nóng của ống và làm dòng nhiên liệu đi theo sự xoay vòng được xác định trước Lượng khí cần thiết để tạo sự xoay này được lấy từ đường ống gió một của béc đốt chính, do đó không cần thiết dùng khí nén Thiết bị tạo dòng khí xoáy có nhiều khe xung quanh đường biên của ống nhiên liệu thải [28] Cường độ xoáy thấp làm tăng chiều dài phun nhiên liệu, và cường độ xoáy cao làm tăng góc phun nhiên liệu giúp cho nhiên liệu đi xoáy vào ngọn lửa, và thời gian đốt cháy được kéo dài hơn (Hình 1.45)
Hình 1 45 Cường độ xoáy thấp (trái) và cường độ xoáy cao (phải) nhờ thiết bị tạo dòng xoáy [57]
Hệ thống kiểm soát chất lượng sản phẩm
Tùy thuộc vào lượng nhiên liệu và nguyên liệu thay thế sử dụng trong đồng xử lí, nồng độ các nguyên tố trong sản phẩm có thể tăng hoặc giảm so với khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống Vì xi măng được trộn với sỏi và cát để tạo bê-tông hoặc vữa, ảnh hưởng của các nguyên tố này trong vật liệu xây dựng là yếu tố quyết định đến môi trường cũng như chất lượng sản phẩm [11]
Kim loại nặng thoát ra từ bê-tông và vữa là rất nhỏ vì những nguyên tố này được giữ lại khá chắc chắn trong sản phẩm Những thử nghiệm độc lập trên bê-tông và vữa cho thấy nồng độ kim loại trong nước rò ở dưới khá xa mức qui định bởi các qui định pháp luật Thêm vào đó, như đã nói, theo Hiệp hội Công nghiệp Xi măng Châu Âu, sự rò rỉ ra môi trường chưa được phát hiện khi sản phẩm chứa kim loại nặng được tồn trữtrong điều kiện khắc nghiệt [11]
Hàm lượng photphat ảnh hưởng thời gian đóng cứng của xi măng Hàm lượng Clo ( nên dưới 0,1 % trong xi măng), lưu huỳnh, và kiểm đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
Do đó, lượng các nguyên tố này trong clanhke và xi măng phải được theo dõi sát sao tại nhà máy có thực hiện đồng xử lí chất thải Hàm lượng Tali và crôm cũng nên được theo dõi trong bụi khí lò và sản phẩm vì có khảnăng gây dịứng cho người dùng [53].
Phát thải và ô nhiễm không khí
Phát thải của lò xi măng từ những biến đổi vật lí và hóa học của nguyên vật liệu và sựđốt cháy nhiên liệu Thành phẩn chính trong khí thải lò là N2 từ không khí đốt, CO2 từ quá
Nhiên liệu Thay thế trình cháy và can-xin hóa, nước từ quá trình cháy và nguyên liệu thô, và O2 dư Khí thoát ra cũng chứa một lượng nhỏ bụi, clo, flo, SO 2 , NOx, CO, và một lượng nhỏ hơn chất hữu cơ và kim loại nặng
1.3.5.1 Tác động của đồng xửlí đến phát thải của lò
Tác động của đồng xử lí chất thải đến phát thải từ sản xuất xi măng là tương đối nhỏ nếu quá trình đồng xử lí được thực hiện đúng cách và tuân thủ các qui định chặt chẽ Tuy nhiên, cần thiết phải so sánh nồng độ ni-tơ, lưu huỳnh, clo và các nguyên tốkhác khi đốt nhiên liệu thải so với khi đốt nhiên liệu hóa thạch Những phần dưới đây nói chi tiết về một số nguyên tố quan trọng
Vì clanhke có thành phần kiềm, sự có mặt lưu huỳnh trong rác thải không dẫn đến nồng độ SO2 cao trong phát thải Tuy vậy, khả năng lưu huỳnh có thể phản ứng với các kim loại khác trong nguyên liệu thô phải được xem xét Nồng độ lưu huỳnh trong nhiên liệu thay thế thường nhỏ hơn nhiều so với nhiên liệu truyền thống (0,1-0,2 phần trăm trong RDF, 3-5 phần trăm trong nhiên liệu hóa thạch) Do đó, không có vấn đề tắc nghẽn từlưu huỳnh trong nhiên liệu thay thế Tuy vậy, vấn đề cô lập và di chuyển kiềm trong clanhke phải được đánh giá [20]
Ni-tơ chịu trách nhiệm cho việc hình thành NOx Nói chung, sự tạo thành NOx liên qaun đến lượng ni-tơ trong nhiên liệu, nhiệt độ trong lò, thời gian lưu, và loại béc đốt [20] RDF có hàm lượng ni-tơ thấp (0,3-0,5 phần trăm) khi so với nhiên liệu hóa thạch (1,5-2 phần trăm) Nói chung, nhiên liệu thay thế không dẫn đến phát thải NOx cao hơn, và trong một số trường hợp, thấp hơn khi sử dụng nhiên liệu từ chất thải [20] Lò quay trong đó nguyên liệu được kết khối ở nhiệt độ 1450°C sử dụng nhiên liệu hóa thạch thải ra lượng lớn khí NOx Khi bùn tách nước được đưa vào lò, amoniac trong bùn phân hủy NOx theo phản ứng:
Hình 1.46 cho thấy một ví dụ về phát thải NOx từ lò xi măng khi sử dụng bùn tách nước
Sử dụng bùn làm giảm 40 phần trăm NOx phát ra khi chỉ dùng nhiên liệu truyền thống (ví dụ than) Hơn nữa, lượng gió một nhỏđung trong béc đốt thế hệ thứ ba giúp làm giảm nhiệt độ ngọn lửa và cản trở sự chuyển hóa ni-tơ thành NOx nhờ nhiệt Tuy vậy, tỉ lệ bùn trong nhiên liệu phải được kiểm soát cẩn thận [40]
Hình 1 46 Phát thải NOx từ một lò xi măng khi có thực hiện đồng xử lí bùn thải và khi không thực hiện [21]
Sự có mặt của clo trong nhiên liệu thải có thể vừa có ảnh hưởng trực tiếp vừa gián tiếp đến phát thải của lò xi măng và hoạt động của lò Có các phương pháp được phát triển để quản lí clo và các ảnh hưởng của nó, nhưng quan trọng là những ảnh hưởng này được nhận biết và quản lí Hàm lượng nhỏ của clo trong nguyên liệu có thể dẫn đến sự hình thành các khí axit như là HCl và HF [18] Các hợp chất clo có thể tích tụ trên bề mặt lò và dẫn đến ăn mòn Đưa clo vào lò còn có thể làm tăng khả năng bay hơi của các kim loại nặng và tạo điều kiện hình thành dioxin Genon và Brizio (2008) cho rằng thành phần kiềm trong clanhke giúp cho sự có mặt của clo trong nhiên liệu thay thế không gây ra nồng độ các khí phát thải cao Tuy vậy, nếu hàm lượng clo trong nhiên liệu đến 0,3-0,5 phần trăm có thể dẫn đến phản ứng giữa kiềm và clo, sự bay hơi và tuần hoàn cùng với bụi của clo, và cần thiết phải vận hành đường bypass (tách ra một phần dòng khí lò) để giới hạn nồng độ clo trong clanhke Nhiệt độ cao của dòng bypass làm tăng nhiệt tiêu thụ
Mỗi phần trăm tăng lên của dòng khí bypass cần tăng khoảng 20-25 MJ/tấn clanhke, so với tổng năng lượng tiêu thụ 3000-3500 MJ/tấn trong lò xi măng [20]
Sử dụng chất thải phù hợp chỉ gây ảnh hưởng nhỏ đến phát thải kim loại bởi vì khả năng lưu giữ cao của kim loại trong sản phẩm Những kim loại không bay hơi có khuynh hướng kết hoàn toàn vào clanhke Những kim loại dễbay hơi hơnnhư chì hay Cadimi có khuynh hướng được giữ trong clanhke hoặc trong bụi [16] Một nghiên cứu dùng qui trình xác định tính độc của nước rò của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (U.S EPA) để kiểm tra tính linh động của kim loại nặng trong clanhke khi tiếp xúc với điều kiện axit cho thấy chỉ Cadimi có thể phát hiện trong môi trường, và ở mức dưới tiêu chuẩn pháp luật, là 5 ppm
[58] Những kim loại có khả năng bay hơi lớn như thủy ngân và Cadimi là mối quan tâm chính vì chúng có khuynh hướng bay hơi và thoát khỏi hệ thống lò [16] Trong những qui trình đốt cháy truyền thống, phát thải thủy ngân (và các kim loại nặng khác) được kiểm soát hiệu quả nhờ kết hợp một tháp làm sạch ướt theo sau bởi hấp phụ và lọc túi vải
Những biện pháp kiểm soát tương tự cũng đang được phát triển cho lò xi măng bao gồm cả sử dụng vật liệu hấp phụ để giữ thủy ngân Hiện nay, sử dụng những thiết bị lọc bụi như lọc tĩnh điện và lọc túi vải là phổ biến, nhưng những thiết bị này chỉ giữ được tương ứng 25 và 50 phần trăm lượng thủy ngân phát thải [59] Cách duy nhất để kiểm soát hiệu quảlượng kim loại bay hơi từ lò xi măng là giới hạn nồng độ của chúng trong nguyên liệu thô và trong nhiên liệu thải Giant Cement, ở Mỹ, giới hạn hàm lượng thủy ngân và cadimi trong nhiên liệu thay thế lần lượt là nhỏ hơn 10 ppm và 440 ppm; nhỏ hơn nhiều so với những kim loại khác như chì, crôm, và kẽm, có thể lên đến 2900;7500 and 90000 ppm, theo thứ tự [9]
Công ước Stockholm yêu cầu các bên giảm thiểu hoặc loại trừ phát thải các POP từ việc sản xuất và sử dụng có ý thức, hoặc sản xuất không ý thức, và từ các kho dự trữ và rác thải [53] Sự hình thành POP 17 như là PCDD 18 và PCDF 19 là một vấn đề được thừa nhận đối với sản xuất xi măng PCDD và PCDF có khảnăng hình thành nếu có clo trong dòng nhiên liệu hoặc nguyên liệu vào Tuy vậy, sự hình thành có thểđược kiềm hãm, bởi nhiệt độ cao và thời gian lưu dài trong lò xi măng [27] Như đã nói, vị trí chất thải được nạp vào hệ thống lò là một yếu tố quan trọng Chất thải nạp vào béc đốt chính có thể đạt đến nhiệt độ đủ cao và thời gian lưu đủ dài để hạn chế phát thải PCDD/PCDF Chất thải nạp vào vùng đốt phụ có thểkhông đạt được nhiệt độđủ cao hoặc thời gian lưu đủ dài [16] Sự hình thành PCDD/PCDF được tiếp tục giảm nhờ giới hạn hàm lượng chất hữu cơ trong nguyên liệu và bằng cách làm nguội nhanh dòng khí thoát ra đối với lò ướt và lò khô dài
Có bằng chứng từ nhiều lò đang vận hành cho thấy lò có preheater/precalciner phát thải PCDD/PCDF thấp hơn lò ướt [18]
Nhiều nghiên cứu so sánh sự hình thành PCDD/PCDF trong lò sử dụng nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu từ chất thải không thấy sự khác biệt đáng kể nào giữa phát thải từ hai loại [16] Karstensen (2008) xem xét hơn 2000 số liệu đo lường PCDD/PCDF trong lò xi măng đại diện cho các công nghệ sản xuất và cách thức nạp liệu khác nhau Nghiên cứu cho thất lò xi măng hiện đại nhất có thểđạt mức phát thải 0.1 ng I-TEQ 20 /m3 và việc sử
17 POP (persistent organic pollutant) : chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy
18 PCDD (polychlorinated dibenzo-p-dioxin): gọi chung là dioxin
19 PCDF (polychlorinated dibenzo-p-furan): g ọ i chung là furan
20 I-TEQ (International Toxic Equivalent Basis): đơn vị đo độ độc quốc tế, qui đổi có trọng số các loại dioxin và furan khác nhau dụng các chất hữu cơ độc và các chất thải khác để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch không phải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hình thành PCDD/ PCDF [27] Ảnh hưởng của các dòng liệu nạp khác nhau vào preheater/precalciner có nhiệt độ thấp hơn được nghiên cứu và đưa ra kết quả trong Bảng 1.11 Chất thải đưa vào ở giữa hoặc ở đầu nạp không trải qua nhiệt độ cao và thời gian lưu dài như chất thải được đưa vào béc đốt chính Nồng độ PCDD/PCDF thấp trong tất cả các số liệu đo lường Dữ liệu báo cáo chỉ ra rằng lò xi măng có thể tuân thủ mức phát thải 0.1 ng I-TEQ/Nm3, là giới hạn ở nhiều lò đốt rác nguy hại ở Châu Âu [60]
Bảng 1 11 Ảnh hưởng của loại rác nạp vào preheater/precalciner đến phát thải PCDD/PCDF [60]
Nhà máy Loại rác đốt Phát thải PCDD/F theo ng I-TEQ/Nm3
1 Phế phẩm động vật, nhựa, và vải 0,0025
2 Phế phẩm động vật mùn cưa 0,0033
3 Than, nhựa, và lốp xe 0,0021 & 0,0041
5 Than cốc dầu mỏ, nhựa, và dầu thải 0,0010
6 Than cốc dầu mỏ, vỏ hạt hướng dương, dầu thải 0,01200
9 Mùn cưa và dung môi 0,00003 & 0,00145
11 Chất thải từxe hơi và bùn 0,0036 & 0,07 & 0,0032 Đối với những phát thải khác, Ủy Ban Châu Âu và Hiệp hội Xi măng Châu Âu tóm tắt các tác động của việc đồng xử lí chất thải được thừa nhận như sau [11]
Phát thải bụi không ảnh hưởng bởi đồng xử lí rác
Môi trường kiềm trong lò loại bỏ HCl và HF tạo ra trong quá trình đốt
CO không bị ảnh hưởng lớn
Không có mối liên hệ giữa việc sử dụng nhiên liệu thay thế và mức phát thải TOC 21
Bảng 1.12 đưa ra một ví dụ cho thấy ảnh hưởng của việc sử dụng RDF làm nhiên liệu đến phát thải của một lò xi măng điển hình
21 TOC (total organic carbon): tổng lượng cacbon chứa trong chất hữu cơ phát thải
Bảng 1 12 Ví dụ phát thải từ một lò xi măng sử dụng RDF [61]
Thông số Đơn vịđo Số liệu đo
Tổng hạt rắn (bụi) mg/m 3 2,8 – 12,90 12,0 – 15,900
PAH = polycyclic aromatic hydrocarbon : Hidrocacbon thơm đa vòng
1.3.5.2 Kĩ thuật kiểm soát phát thải Đo lường liên tục là BAT 22 để xác định chính xác những thông số phát thải sau: thể tích thải, độ ẩm,nhiệt độ tại máy đo ở đầu vào, O2, NOx, bụi, SO2, CO Theo dõi thường xuyên, theo chu kì là BAT đối với những chất sau: kim loại và hợp chất của chúng, tổng cacbon hữu cơ/hợp chất hữu cơ, HCl, HF, NH3, PCDD/PCDF Đo lường những chất sau đôi khi được yêu cầu dưới những điều kiện vận hành đặc biệt [53]:
Mức độ hiệu quả lọa bỏ và phân hủy POP trong lò xi măng
Hidrocacbon thơm đa vòng (PAHs)
Những chất hữu cơ ô nhiễm khác (những chất độc hữu cơ chính, ví dụ, clobenzen, PCB 23 )
Các biện pháp về an toàn và sức khỏe
Đồng xử lí rác đã được minh chứng là có thể thực hiện an toàn với môi trường; tuy vậy, việc thiết kế hoặc vận hành không hợp lí có thể dẫn đến một mối đe dọa đến cộng đồng và sức khỏe công nhân Mặc dù các lò xi măng có tất cả các tính chất mong muốn để phân hủy nhiệt hiệu quả nhiêu chất thải nguy hại, nhiều lò xi măng không được thiết kế cho mục đích này và cần có sự sửa đổi hệ thống nạp nhiên liệu và xây dựng các cơ sở tiếp nhận rác thải trước khi xử lí chúng Những sự sửa đổi này nên được thiết kế và theo dõi cẩn thận để đảm bảo các nguy cơ đến môi trường và sức khỏe được giảm đến mức tối thiểu [26]
25 Công nghệ CEMS lấy chiết (Extractive CEMS) và tại chỗ (in situ CEMS) Đầu dò mẫu khí Ống lấy m ẫ u khí
Hình 1 48 Công nghệ CEMS lấy chiết (trái) và tại chỗ (phải) [63]
Sau khi lò được sửa đổi để có thể xử lí rác thải và thực hiện thử nghiệm cháy để chứng minh hệ thống vận hành không gây nguy hiểm đến sức khỏe con người và môi trường, một phân tích định lượng rủi ro nên được tiến hành để xác định các mối nguy gây ra tác động có hại đến sức khỏe trong phạm vi cộng đồng và công nhân nhà máy Các mối nguy đi kèm với bốn yếu tố chính này trong nhà máy xi măng nên được xem xét:
2 Tồn trữ và thao tác
Ba mối nguy đầu tiên có thể được đánh giá theo các thành phần riêng biệt: 1) nguy cơ rò rỉ chất độc, 2) nguy cơ con người tiếp xúc và 3) nguy cơ tác động có hại đến sức khỏe
Tất cả các loại nguy cơ liên quan đến việc đồng xử lí chất thải cần kiến thức về các tính chất của chất thải và các sản phẩm phụ từ quá trình đốt chất thải Kiến thức này cần thiết để tính toán những trường hợp xấu có thể xảy ra và sự giải phóng các chất ô nhiễm vào môi trường [26]
Những hướng dẫn vềtình hướng khẩn cấp và an toàn dễ hiểu nên được cung cấp đến công nhân và nhà thầu vào thời gian thích hợp trước khi bắt đầu đồng xử lí hoặc trước khi vật liệu mới được đưa vào hệ thống Những mối nguy liên quan đến những vật liệu mới nên được xem xét với đội ngũ vận hành trước khi sử dụng Thực hiện một phân tích an toàn nghề nghiệp có thể giúp nhận biết các nguy cơ tiếp xúc với nguy hiểm, cùng với các cách thức và biện pháp kiểm soát thích hợp [17]
Phát thải ra không khí từ việc tiền xử lí rác tùy thuộc vào loại rác xử lí và qui trình sử dụng Phát thải phải được theo dõi và báo cáo phù hợp với các giới hạn vận hành cho phép và qui định áp dụng Các biện pháp làm giảm thiểu nên có sẵn nếu cần Bụi thường được giảm nhờ lọc túi vải Những biện pháp chống ồn và mùi hôi nên được xem xét Những phương pháp kiểm soát phát thải thông thường cho VOC bao gồm hấp phụ lên than, xử lí nhiệt, và trong những trường hợp cụ thể, xử lí sinh học [24]
Xảnước thải vào nước bề mặt không được dẫn đến nồng độ chất ô nhiễm quá mức trong chất lượng nước môi trường Xảđến các hệ thống xử lí cộng đồng hoặc tư nhân nên đảm bảo đáp ứng các yêu cầu tiền xử lí và theo dõi của hệ thống xử lí và không nên can thiệp, trực tiếp hay gián triếp, đến việc vận hành và bảo trì của hệ thống, gây mối nguy đến an toàn và sức khỏe công nhân, hay tác động có hại đến phần còn lại từ sự hoạt động xử lí nước [24]
Nếu việc đồng xử lí MSW và bùn thải được thực hiện đúng cách tuân theo các qui định nghiêm ngặt vềmôi trường và phát thải, thì sẽ không gây bất cứnguy cơ thêm nào về môi trường và sức khỏe so với khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch Rovira và cộng sự (2011) tiến hành một nghiên cứu ở Tây Ban Nha cho thấy những nguy cơ đến sức khỏe con người ở khu vực dân cư sinh sống quanh nhà máy xi măng Vallcarca, có thực hiện đồng xử lí bùn thải, được so sánh với những nghiên cứu trước đó được thực hiện khi than cốc đầu mỏ được dùng làm nhiên liệu Phát thải trong cả hai trường hợp đều cho phép theo tiêu chuẩn quốc tế [64] Một nghiên cứu khác bởi Zabaniotouvà Theofilou (2008) ở đảo Syp đánh giá các tác động của việc đồng xử lí bùn thải ướt (hàm lượng ẩm 65-70 phần trăm) trong một lò xi măng Phát thải khí ra môi trường được đo, nhấn mạnh tầm quan trọng của kim loại nặng (đặc biệt thủy ngân) Tác giả kết luận rằng đồng xử lí bùn thải không phát thải PCDD/PCDF nguy hại đến sức khỏe con người [40].