Xử lý chất thải Rắn bằng phương pháp nhiệt ppt

Các công nghệ tiên tiến xử lý chất thải bằng nhiệt nh ư nhiệt phân và khí hoá, cho phép thu hồi nguồn năng lượng như nhiệt năng, điện năng hoặc nhi ên liệu.. Cả hai phương pháp nhiệt phâ

Dạng tài liệu : Bài trích bản tin

Ngôn ngữ tài liệu : vie

Tên nguồn trích : Môi trường và phát triển bền vững

Dữ liệu nguồn trích : 2006/Số 8/Công nghệ môi trường

Đề mục : 87.53 Chất thải Quản lý và sử dụng chất thải, công nghệ ít chất thải v à không

chất thải

Từ khoá : Công nghệ ; Xử lý ; Chất thải ; Nhiệt

Nội dung:

Gần đây, phương pháp xử lý chất thải bằng nhiệt đ ược sử dụng phổ biến để xử lý chất thải đô thị, giảm khối l ượng chất thải và ngăn ngừa dich bệnh Nhưng hiện nay, phương pháp này đang được hạn chế nhằm ngăn ngừa ô nhiễm

Các công nghệ tiên tiến xử lý chất thải bằng nhiệt nh ư nhiệt phân và khí hoá, cho phép thu hồi nguồn năng lượng (như nhiệt năng, điện năng hoặc nhi ên liệu) Biện pháp này cũng loại bỏ các chất thải đô thị có khả năng phân huỷ sinh học khỏi b ãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng của chính sách quản lý chất thải

Nhiệt phân và khí hoá không phải là những công nghệ mới, trước đây, chúng được dùng để sản xuất than củi và than cốc từ gỗ và than đá Tuy nhiên, gần đây phương pháp này được sử dụng để xử lý chất thải rắn đô thị (MSW) Một số nh à máy lớn ở châu Âu và Nhật Bản hiện nay đang sử dụng ph ương pháp này

Có một số khác biệt giữa ph ương pháp thiêu đốt truyền thống và các công nghệ mới Cả hai phương pháp nhiệt phân và khí hoá đều biến chất thải thành những loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái đ ược kiểm soát Ngược lại, với phương pháp thiêu đốt chất thải biến toàn bộ chất thải đầu vào thành năng lượng và tro, quy trình xử lý nhiệt lại hạn chế sự biến đổi, để quá tr ình đốt cháy không xảy ra trực tiếp Thay v ào đó, chất thải được biến thành những chất trung gian có giá trị, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng l ượng Hàng loạt vật liệu có thể được xử lý bằng các quy trình công nghệ điện phân và khí hoá đặc biệt đã được tối ưu hoá để xử lý vật liệu đầu vào như nhiệt phân lốp xe thải và khí hoá bùn thải, đôi khi những quy trình khác được thiết kế để xử lý những chất thải hỗn hợp như chất thải rắn đô thị

Những ứng dụng chủ yếu :

- Xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và lâm nghiệp

- Xử lý chất thải sinh hoạt v à chất thải thương mại

- Thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế các vật liệu (chất còn lại trong máy nghiền tự động, ph ế liệu trong sản xuất điện v à điện tử, các loại lốp cao su, chất thải nhựa tổng hợp v à các chất dư thừa trong quá trình bao gói)

Đôi khi các hệ thống nhiệt phân và khí hoá không tương thích v ới việc xử lý chất thải rắn đô thị chưa được phân loại Với xu thế gia tăng lượng chất thải hiện nay, buộc phải có các biện pháp tiền xử lý (thu gom có phân loại ) v à các quy trình xử lý này đang trở nên thích hợp hơn

Thiêu đốt chất thải

Có thể xử lý chất thải bằng nhiệt theo nhiều cách khác nhau Công nghệ phổ biến nhất là quy trình thiêu đốt một khối lượng lớn chất thải Công nghệ n ày bao gồm việc đưa chất thải chưa phân loại vào các kho chứa, nơi chất thải được vận chuyển đến trước khi đưa vào lò đốt

Không được đốt chất thải, nếu ch ưa loại bỏ các vật liệu có kích thước lớn như đệm

và xe đạp cũ Để đốt chất thải hỗn hợp, nhiệt độ phải đạt tr ên 8500C và quá trình đốt chất thải sẽ sinh ra CO2 và nước Trước đây, các nhà máy thiêu đốt thường được thiết kế đơn giản để đốt chất thải, nh ưng các nhà máy thiêu đ ốt mới nhất hiện nay

đã thu hồi được nguồn năng lượng dưới dạng hơi nước, nước nóng hoặc điện năng Đặc biệt là chất thải rắn đô thị có chứa nguồn năng l ượng bằng nửa năng l ượng của than cấp cao

Các công nghệ đốt một khối lượng lớn chất thải đang tiếp tục đ ược triển khai và nâng cấp, đặc biệt đã chú ý đến hiệu suất bảo vệ môi tr ường Trong một số trường hợp thì phương pháp thiêu đốt chất thải rắn đô thị l à chưa thích hợp, nó cần phải có nguyên liệu phù hợp,đủ khối lượng lớn để duy trì thiết bị hoạt động Các l ò thiêu đốt hiện đại đòi hỏi phải có từ 200.000 tấn đến 400.000 tấn chất thải rắn đô thị mỗi năm

Nhiệt phân là quá trình làm suy gi ảm nhiệt của các vật liệu cácbon ở nhiệt độ từ

4000C – 8000C hoặc trong điều kiện hoàn toàn thiếu ô xy họăc có nguồn cung cấp ô

xy rất hạn chế.

Quá trình này làm bay h ơi và phân huỷ các vật liệu hữu cơ rắn bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp Khi chất thải bị nhiệt phân (ng ược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí, chất lỏng, và chất thải than ở dạng rắn đ ược sinh ra

Chất thải than dưới dạng rắn là hợp chất của các nguy ên liệu khó cháy với cácbon Khí tổng hợp được phát sinh là hỗn hợp các khí gồm khí cácbon monoxít, hyđrô, mêtan và một loạt các hợp chất hữu c ơ dễ bay hơi khác Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10 - 20 MJ/Nm3 Phần ngưng tụ có thể được thu hồi và sử dụng làm nhiên liệu lỏng

Khi so sánh với quá trình đốt cháy và khí hoá thì lợi thế chủ yếu của phương pháp nhiệt phân, với nhiên liệu ở dạng lỏng vận chuyển sẽ dễ d àng hơn các nhiên liệu ở thể rắn, hoặc thể khí Như vậy nhà máy nhiệt phân không nên đặt gần điểm sử dụng cuối cùng, nhưng có thể đặt ở gần nguồn cung cấp nhi ên liệu sẽ giảm bớt được những chi phí vận chuyển nhi ên liệu

Chi phí vận chuyển cao là một trong những yếu tố hạn chế việc xây dựng các nhà máy điện sinh khối quy mô lớn, hiệu suất cao h ơn và phát thải thấp hơn những nhà máy nhỏ

Phương pháp khí hoá

Theo phương pháp khí hoá, h ầu hết cacbon trong chất thải đ ược biến đổi thành những sản phẩm dạng khí v à các chất thải trơ Chỉ một phần phân tử hữu cơ bị phá

vỡ, sinh ra một loại khí gi àu năng lượng được gọi là khí tổng hợp Quá trình biến đổi than thành khí thành phố là một ví dụ của phương pháp khí hoá

Quá trình này sẽ giảm đi trong nhiệt phân v à đốt cháy vì nó liên quan tới quá trình oxy hoá từng phần Oxy được bổ sung nhưng chưa đủ lượng để diễn ra quá trình đốt cháy hoàn toàn Nhiệt độ vận hành thường cao hơn 750 0C Sản phẩm chính là khí tổng hợp với năng suất toả nhiệt l à 4-10MJ/Nm3

Nhiên liệu sản xuất từ chất thải

Có thể tạo ra một loại nhiên liệu từ chất thải rắn đô thị (MSW), hay gọi l à nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải bằng việc tách ra những hạt chất nhẹ h ơn, dễ cháy Sản xuất nhiên liệu từ chất thải không phải l à một quá trình xử lý nhiệt, mà là quá trình biến đổi nhiệt của các thành phần dễ cháy trong chất thải rắn đô thị Chất thải được chuyển thành nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải qua một số giai đoạn tiền xử

Các lò phản ứng xử lý nhiệt

1 Lò quay (nhiệt phân): Loại lò này hoạt động ở nhiệt độ tương đối thấp (4000C –

6000C) và có thể xử lý vật liệu có kích th ước lớn Lò được đốt nóng bên ngoài và chất thải được trộn và xử lý khi lò quay chậm

2 Ống đốt nóng (nhiệt phân): Hoạt động ở nhiệt độ cao h ơn 8000C, chất thải được quay với tốc độ không đổi

3 Tiếp xúc bề mặt (nhiệt phân): Phù hợp với chất thải được xử lý trước, đòi hỏi vật liệu có kích thước nhỏ

4 Tầng hoá lỏng (Khí hoá) đ ược sử dụng cho các quá tr ình khí hoá hoặc quá trình đốt Tầng hoá lỏng được tạo ra bởi các phần tử alumin có các đặc tính t ương tự như chất dễ chảy lưu động Khí nóng được thổi qua tầng, vật liệu ở tầng bị hoá lỏng v à nhiên liệu được trộn với các chất ở tầng nóng (th ường là cát) đảm bảo cho quá trình đốt cháy hoàn toàn Chất thải được xử lý trước để loại bỏ những vật liệu có kích thước lớn Phương pháp này rất thích hợp với việc sử dụng nhi ên liệu có nguồn gốc

là chất thải

5 Tầng cố định (Khí hoá) gồm một số loại l ò phản ứng khác nhau – Ví dụ điển hình là hệ thống ghi lò, nơi mà nguyên liệu đi qua ghi lò và khí nóng đi qua tầng chứa chất thải

Xử lý khí và sản phẩm dư thừa và các chất thải

Các chất rắn thải ra từ những quá tr ình xử lý này gồm các kim loại và cácbon Một lượng cácbon sinh ra từ quá tr ình nhiệt phân nhiều hơn đáng kể so với quá trình khí hoá Các hạt cỡ lớn thải ra nằm ở phần tro d ưới đáy Các hạt nhẹ hơn được tách và lọc Những kim loại không ổn định nh ư chì, thiếc, catmi và thuỷ ngân tụ lại khi khí được làm mát

Quá trình khí hoá và nhi ệt phân sinh ra các chất thải t ương tự như quá trình thiêu đốt Các chất thải khí gồm khí chứa axít, điôxin, furan, ôxít nit ơ, điôxít sunphua, các hạt, kim loại nặng và hyđrô sunphua

Những chất còn lại ở thể rắn gồm tro khoáng tr ơ, các hợp chất vô cơ và cácbon dư; Những chất này có thể tạo thành 8% - 15% lượng chất thải ban đầu

Các nhà máy sử dụng công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến gồm những thiết bị đ òi hỏi nhiều vốn và có có tuổi thọ thiết kế từ 15-20 năm Thành phần chất thải sinh ra

trong quá trình vận hành có thể thay đổi, vì vậy các thiết bị phải được thiết kế linh hoạt để xử lý được đa dạng vật liệu và có thể thay đổi được khối lượng xử lý

Thu hồi năng lượng

Lợi ích của quá trình nhiệt phân và khí hoá, đó là khí tổng hợp được tạo ra có thể

sử dụng theo một số cách:

- Khí tổng hợp có thể được đốt ở trong nồi hơi để tạo ra hơi nước, đi qua tuabin để phát ra điện và cũng cung cấp nhiệt cục bộ Việc sử dụng nhiệt cũng nh ư phát ra điện sẽ nâng cao hiệu suất năng l ượng của hệ thống

- Khí tổng hợp có thể được dùng làm nhiên liệu động cơ chạy bằng khí hoặc tua bin khí – làm tăng hiệu suất phát điện, đặc biệt trong các hệ thống kết hợp điện v à nhiệt (CHP)

- Khí tổng hợp cũng có thể đ ược sử dụng làm nguyên liệu hoá học nếu nhà máy

xử lý được đặt gần nơi sử dụng cuối cùng

Nguồn năng lượng được thu hồi là yếu tố quan trọng về kinh tế của dự án Quy trình xử lý này đơn giản và nguồn năng lượng có thể được thu hồi nhiều hơn

Một số quy trình xử lý coi than củi là chất thải còn dư, đòi hỏi phải xử lý, trong khi các quá trình khác lại cho rằng than củi có chứa một lượng đáng kể cacbon có trong chất thải Các quá trình xử lý khác coi than củi nh ư một loại vật liệu có thể tái chế bán trên các thị trường hiện nay

Để sử dụng khí tổng hợp phát điện, đ òi hỏi nguyên liệu này phải được làm sạch, loại bỏ các hạt và nhựa than ngưng tụ

Tái chế

Các chất có khả năng tái chế từ chất thải hoặc các kim loại đ ược tách ra từ giai đoạn cuối của quá trình xử lý nhiệt thường có chất lượng thấp hơn các chất có khả năng tái chế được tách ra từ hệ thống thu gom chất thải sinh hoạt khác, giá trị của chúng cũng thấp hơn

Việc khử các kim loại trong công đoạn cuối của hệ thống l àm tăng sản lượng tái chế Các chất dư thừa còn lại ở đáy trong quá trình nhiệt phân luôn chứa một l ượng cacbon đáng kể Phần dư thừa này phải được chôn lấp hoặc xử lý bằng cách khí hoá hoặc thiêu đốt để giảm lượng cacbon Việc xử lý bổ sung cho phép tái chế các sản phẩm còn lại ở dưới đáy thành một khối kết hợp

Ưu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến

- Giảm khối lượng chất thải

- Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ

- Thu được giá trị của chất thải, th ường là điện năng

- Đi theo hướng phát triển bền vững, tiến tới việc tái sử dụng v à tái chế

- Chất thải biến thành năng lượng là sự bổ sung cho việc tái chế các vật liệu

- Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với l ượng chất thải đang gia tăng

- Đẩy mạnh việc thay đổi th ành phần chất thải rắn ở bão chôn lấp

- Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải

- Ứng phó với những công cụ kinh tế v à tài chính (ví dụ như thuế chôn lấp và các khoản trợ cấp cho nguồn năng l ượng thay thế)

Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho ph ương pháp chôn lấp, khi xử lý một lượng lớn các chất có thành phần thay đổi, đặc biệt l à chất thải rắn đô thị Biện pháp ủ phân và phân huỷ yếm khí chỉ có thể xử lý phần thối rữa

Hầu hết quy trình xử lý bằng nhiệt tiên tiến sử dụng chất thải rắn đô thị đ ã được

xử lý ban đầu Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhi ên liệu sản xuất chủ yếu gồm các thẻ giấy và các loại chất dẻo tạo ra từ nhi ên liệu có nguồn gốc là chất thải

Những yếu tố tác động đến nhu cầu của hệ thống xử lý nhiệt

 Nhu cầu về thu hồi những sản phẩm có giá trị v à nguồn năng lượng từ chất thải rắn đô thị

 Biện pháp thiêu đốt truyền thống gây tác động ti êu cực

 Nhận thức của cộng đồng về những công nghệ mới h ơn sẽ “xanh” hơn

 Có những hạn chế về việc chôn lấp chất thải ch ưa được xử lý

 Chi phí xử lý các sản phẩm còn lại của lò đốt chất thải đang tăng lên

 Các quá trình xử lý tương thích với tái chế

Một số nhược điểm của công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến:

 Công nghệ có thể chưa được kiểm chứng

 Bản chất của ngành công nghiệp còn mang tính bảo thủ

 Thiếu thành tích thương mại

 Những người sử dụng tiềm năng thiếu hiểu biết về công nghệ n ày

 Tiền bồi thường đang giảm dần ở một số n ước có lượng chất thải đang tăng Một số công ty hiện nay đang vận h ành thử nghiệm các nhà máy khí hoá hoặc nhiệt phân thương mại mặc dù các thử nghiệm đầu tiên thường thất bại về mặt tài chính Tuy nhiên, công ngh ệ hiện nay đang được triển khai trên phạm vi rộng hơn và một số nhà máy đang chuẩn bị triển khai

Lợi thế chủ yếu của biện pháp nhiệt phân so với các quá tr ình khí hoá và thiêu đốt khác là làm tăng thu hồi các kim loại Quá trình này khử tất cả các chất hữu c ơ thường lẫn với các kim loại nh ư: nhãn mác, nút chai, và th ức ăn thừa Ngoài ra, phương pháp này còn làm giảm lượng không khí, giữ cho các kim loại không bị oxy hoá và thu hồi dễ dàng những kim loại có giá trị cao nh ư nhôm

Lợi thế nữa của quá trình nhiệt phân là không cho phép hình thành ch ất điôxin, do thiếu oxy và sử dụng nhiệt ở nhiệt độ tr ên 4000C

Kết luận

Đặc điểm chính của các hệ thống xử lý nhiệt ti ên tiến này là cơ hội để sản xuất điện năng có hiệu suất cao Có thể sẽ có nhiều điện năng h ơn được sản xuất từ chất thải và nhu cầu sử dụng các nhiên liệu hoá thạch ít hơn, giảm phát thải khí nhà kính Tăng hiệu quả sản xuất điện cũng có thể l àm giảm các chi phí vận hành

Phương pháp khí hoá có thể mang lại hiệu quả cao, đặc biệt khi khí đ ược đốt trong tuabin Các công ngh ệ đốt khí tổng hợp được cải biến từ các tuabin khí m à trước đây được thiết kế chỉ để đốt khí thi ên nhiên Hiệu suất của các tuabin đ ược thiết kế đặc biệt để đốt khí tổng hợp có giá trị nhiệt thấp có thể đạt đ ược ở mức cao Mặc dù phương pháp thiêu đ ốt một khối lượng lớn chất thải là một công nghệ đã được kiểm chứng nhưng nó vẫn chưa được trình diễn đầy đủ

Nguồn: Warmer Bulletin, No 103, 2/2006

.