Công nghệ xử lý chất thải rắn

9/26/14 212.2 Tính chất hoá học Các thông số liên quan đến khả năng cháy + Độ ẩm sấy ở nhiệt độ 105oC trong 1 giờ+ Chất cháy bay hơi đốt cháy ở nhiệt độ 950oC trong buồng kín + Các bon

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

ThS Văn Hữu Tập Email: vanhuutap@gmail.com Trường Đại học Khoa học - ĐHTN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌCKHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG VÀ TRÁI ĐẤT

Mục tiêu

• Trang bị cho sinh viên những kiến thức lý thuyết về đặc điểm và công nghệ xử lý chất thải rắn.

• Hiểu biết và vận dụng công nghệ thiêu đốt trong xử lý chất thải rắn

• Hiểu biết và vận dụng công nghệ ủ phân sinh học để xử lý chất thải rắn

• Hiểu biết và vận dụng công nghệ chôn lấp xử lý chất thải rắn

• Có thể tiến hành các thí nghiệm về xử lý chất thải rắn

1.3 Phân loại chất thải rắn

1.4 Các loại vật liệu thu hồi từ chất thải

1.5 Chiều h ớng thay đổi thành phần chất thải trong t ơng lai 1.6 Tác động của chất thải rắn đến môi tr ờng & con ng ời

II Tớnh chõt

2.1 Tính chất vật lý của chất thải rắn 2.2 Tính chất hoá học của chất thải rắn 2.3 Tính chất sinh học của chất thải rắn 2.4 Sự chuyển đổi lý, hoá và sinh học

9/26/14 5

1.1 Đ nh nghĩa ch t th i r n ị ấ ả ắ

và trong hoạt động phát triển của động thực vật

I ĐẶC ĐiỂM CHẤT THẢI RẮN

9/26/14 8

1.2 Nguån gèc ph¸t sinh

R¸c sinh ho¹t:

9/26/14 9

1 Phân loại theo tính chất

2 Theo đặc điểm của nơi phát sinh

1.3 Phân loại chất thải rắn

9/26/14 10

1.4 Các loại vật liệu thu hồi từ chất thải

các dạng vật liệu có thể thu hồi từ chất thải:

+ Nhôm, sắt, thép, Kim loại màu: dây đồng, thiếc, chì

+ Giấy : giấy báo, sách vở, bìa cáctông

+ Plastics: các loại chai, hộp, đồ dùng bằng nhựa

+ Thuỷ tinh: Chai lọ, kính vỡ,

9/26/14 11

1.5 Chiều h ớng thay đổi

thành phần chất thải trong t ơng lai

1.5.1 Tác động của những ch ơng trình khác nhau đến l ợng chất thải:

+ Ch ơng trình tuần hoàn lại chất thải

+ Ch ơng trình chuyển đổi chất thải (đốt thu hồi nhiệt)

1.5.2 Thay đổi về thành phần

+ Chất thải thực phẩm: ngày càng giảm

+ Giấy loại: tăng dần và có xu thế ổn định trong những năm tới

+ Plastics: Tăng dần do nhu cầu ngày càng lớn

9/26/14 12

1.6 Tác động của chất thải rắn đến

môi tr ờng & con ng ời

Rác thải

Ng ời, động vật

9/26/14 13

VÀ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI RẮN

9/26/14 15

2.1 TÝnh chÊt vËt lý

Khèi l îng riªng cña r¸c th¶i tÝnh nh sau:

md : khèi l îng cña thïng chøa+ chÊt th¶i, kg

9/26/14 16

2.1 TÝnh chÊt vËt lý

2.1.2 §é Èm, ww

§é Èm cña chÊt th¶i r¾n th êng ® îc biÓu thÞ d íi d¹ng ph ¬ng ph¸p ®o khèi l îng ít,

md = Khèi l îng mÉu ít ban ®Çu, kg

mc = khèi l îng mÉu kh«, sÊy ë 105 o C,kg

m

m m

Cd

9/26/14 21

2.2 Tính chất hoá học

Các thông số liên quan đến khả năng cháy

+ Độ ẩm ( sấy ở nhiệt độ 105oC trong 1 giờ)+ Chất cháy bay hơi( đốt cháy ở nhiệt độ 950oC trong buồng kín)

+ Các bon cố định( phần có thể cháy còn lại sau khi các chất bay hơi đã bị loại)

+ Tro( phần d sau khi đã đốt cháy hoàn toàn trong buồng kín

Các tính chất hóa học khác: oxy hóa khử, phản ứng thế, phản ứng trao đổi, kết tủa

9/26/14 22

2.3 Tính chất sinh học

Ngoại trừ plastics, cao su, da, thành phần hữu cơ của hầu hết chất thải rắn đô thị có thể đ ợc phân loại nh sau:+ Các thành phần hoà tan trong n ớc nh đ ờng, amino acid, tinh bột, acid hữu cơ

+ Hemicellulose, các sản phẩm cô của đ ờng 5, 6 cacbon

+ Chất béo, dầu, sáp ong(waxes)

+ Lignin, polyme có chứa các hợp chất thơm mạch vòng

+ Lignocellulose( Lignin và cellulose)

+ Protein,

9/26/14 24

2.3 TÝnh chÊt sinh häc

2.3.2 Sù ph¸t sinh mïi

Mïi bÞ ph©n t¸n khi chÊt th¶i ® îc l u gi÷ trong mét thêi gian gi÷a thu gom, vËn chuyÓn vµ ch«n lÊp

Sù ph¸t sinh mïi th êng x¶y ra t¹i chç cµng nhanh khi thêi tiÕt cµng Êm,Ph¸t sinh mïi lµ hÖ qu¶ cña qu¸ tr×nh ph©n huû kÞ khÝ c¸c chÊt h÷u c¬ VÝ dô trong ®iÒu kiÖn kÞ khÝ, sunph¸t chuyÓn ho¸ thµnh sunphÝt(S2-)vµ kÕt hîp víi H2 t¹o thµnh H2S(mïi trøng thèi)

9/26/14 25

2.3 TÝnh chÊt sinh häc

Qu¸ tr×nh t¹o H2S diÔn ra nh sau:

2CH3CHOHCOOH + SO42- 2CH3COOH + S2- + 2H2O +2 CO2

9/26/14 26

2.3 TÝnh chÊt sinh häc

Mµu ®en cña chÊt th¶i r¾n khi bÞ ph©n huû kÞ khÝ lµ do qu¸ tr×nh t¹o thµnh sunphÝt kim lo¹i.

Qu¸ tr×nh khö sinh ho¸ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ chøa gèc S cã thÓ dÉn tíi sù t¹o thµnh hîp chÊt cã mïi rÊt khã chÞu nh methyl mercaptan vµ acid aminobutyric.

9/26/14 27

2.3 TÝnh chÊt sinh häc

Qu¸ tr×nh khö Methionine, amino acid :

CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH CH3SH + CH3CH2CH2(NH2)COOH+2H

Methyl mercaptan cã thÓ bÞ thuû ph©n sinh ho¸ t¹o thµnh methyl alcohol vµ hydro sunphÝt:

CH3SH + H2O CH4OH + H2S

9/26/14 28

2.3 Tính chất sinh học

2.3.3 Quá trình sinh nở của ruồi

Ruồi phát triển rất nhanh ở các đống rác thải và là giống mang bệnh Vào mùa hè, thời tiết nóng và ẩm, ruồi có thể sinh nở và

tr ởng thành trong vòng 2 tuần lễ :

Phát triển trứng :8-12 giờ

Giai đoạn đầu của ấu trùng :20 giờ

Giai đoạn 2 của ấu trùng :24 giờ

Giai đoạn 3 của ấu trùng :3 ngày

Giai đoạn trở thành ruồi con :4-5 ngày

Tổng cộng :9 – 11 ngày

CH ƯƠ NG II

Xử lý chất thải rắn bằng ph ơng pháp thiêu

đốt

nội dung bài giảng

I Tổng quan về xử lý CTR bằng ph ơng pháp thiêu đốt

II Cơ sở lý thuyết của quá trình thiêu đốt

III Kỹ thuật xử lý chất thải rắn bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Phần I Tổng quan về xử lý CTR bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Giới thiệu chung

• Ph ơng pháp thiêu đốt: là ph ơng pháp khá phổ biến trên thế giới hiện nay

• Thiêu đốt CTR là ph ơng pháp xử lý triệt để nhất so với cácph ơng pháp khác

• Thiêu đốt là giai đoạn oxy hoá nhiệt độ cao

• Xử lý chất th i bằng ph ơng pháp thiêu đốt làm gi m bớt tới mức nhỏ nhất chất th i cho khâu xử lý cuối ả ả ảcùng là đóng rắn hoặc tái sử dụng tro, xỉ

ứng dụng

Ph ơng pháp đốt th ờng đ ợc áp dụng cho các loại chất th i sau:ả

• Chất th i độc hại về mặt sinh học ả

• Chất th i không phân huỷ sinh học.ả

• Chất th i có thể bốc hơi và do đó dễ phân tán.ả

• Chất th i có thể đốt cháy với nhiệt độ d ới 400ả °C

• Chất th i dung môi.ả

• Dầu th i, nhũ t ơng dầu và hỗn hợp dầu.ả

• Nhựa, cao su và mủ cao su

• Chất th i rắn bị nhiễm khuẩn bởi các hoá chất độc hại ả

Phần II Cơ sở lý thuyết của quá trình thiêu đốt

Thành phần chất thải rắn

- Độ ẩm:

trong đó: m0 - khối l ợng chất thải rắn tr ớc khi sấy, kg;

mr - khối l ợng chất thải rắn sau khi sấy, kg.

- Tro:

trong đó: xA - độ tro, %;

mT- khối l ợng xỉ tro sau khi đốt, kg;

mr- khối l ợng chất thải rắn (đã đ ợc sấy khô) tr ớc khi đốt, kg.

- Thành phần cháy:

% 100 m

m m w

m x

S

T

A =

% 100 m

m m x 100 x

r

T r A h

−

=

−

=

( 1 , 25 )

S O

( 108 H

1256 C

339

NhiÖt trÞ cña chÊt th¶i r¾n Qd (kj/kg) ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

cña thµnh phÇn ch¸y [C6H14O4,3N0,11S0,01]n

Cơ chế hình thành khí thải của quá trình thiêu đốt

Các phản ứng cháy xảy ra trong buồng đốt:

+ ph ơng trình cháy hoàn toàn cacbon:

C + O2 → CO2 + Q1 + ph ơng trình cháy không hoàn toàn cacbon:

C + O2 → CO + Q2 + ph ơng trình cháy hydro:

H2 + O2 → H2O + Q3 + ph ơng trình cháy l u huỳnh:

Ph¶n øng t¹o thµnh dioxin vµ furan

Clx-1 Clx-1

OHHO

-H2O

-2Cl

Polychlodibenzo Furan -2HCl

-HCl

Clx-1 Clx-1

O

-H2O

Clx-1 Clx-1

OH

2

Clx

Polychlodibenzo-p Dioxin

• HÊp thô, trung hoµ b»ng dung dÞch kiÒm

• HÊp phô, trung hoµ b»ng kiÒm r¾n; hÊp phô b»ng than ho¹t tÝnh

Lµm l¹nh nhanh khãi th¶i xuèng d íi 300oC tr¸nh t¸i sinh dioxin

Ph ¬ng ph¸p xö lý khÝ th¶i

Ph¶n øng hÊp thô, trung hoµ b»ng kiÒm

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O HCl + NaOH = NaCl + H2O 2HF + NaOH = NaHF2 + H2O 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

Phần III Kỹ thuật xử lý chất thải rắn bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Sơ đồ công nghệ xử lý CTR bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Chất thải rắn

Buồng đốt sơ cấp

Buồng đốt thứ cấp (850 -1100oC)

Xử lý khói thải

Khói thải

Không khí Không khí

Hoá chất hấp thụ

Tro, xỉ

Sơ đồ công nghệ xử lý chất thải rắn bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Sơ đồ công nghệ xử lý chất thải rắn bằng ph ơng pháp thiêu đốt

1 CTR, 2 băng tải; 3 hệ thống cấp liệu; 4

Phễu; 5 cánh h ớng dòng; 6 Pittông; 7 Van; 9

ống nhánh; 10,15 chỗ lấy mẫu; 11 Quạt hút;

12 hoá chất hấp thụ; 13 lò đốt; 14 ống khí

thải; 16 phân chia dòng khí thải; 17 Thiết bị

xử lý khí thải; 18 thiết bị trao đổi nhiệt; 19

cặn rắn; 20 chuyển đến khu vực chôn lấp; 21

cặn; 22 Bể n ớc; 23 băng tải; 24 tro, xỉ; 25

đầu đốt; 26 mối kín; 27 đầu phun; 28 bể

chứa xỉ; 29 hệ thống cấp nhiên liệu đốt

Nh ng thành phần chính của một hệ thống đốt chất th i rắn Ữ Ả

• Bộ phận nhận chất th i và b o qu n chất th i.ả ả ả ả

• Bộ phận nghiền và phối trộn chất th i.ả

• Bộ phận cấp chất th i, chất lỏng, bùn và chất rắn.ả

24 24 24 24

8

12 12 7,8 15

10

14

2,2 2,6 0,13

Lß tÜnh

Lß tÜnh

Lß tÜnh

Một số loại lò thiêu đốt CTR

Lò quay

9/26/14 53

Lò đốt nhi t phân tĩnh: ệ

Kh«ng khÝ

Khãi lß

Tro N¹p r¸c

Sơ đồ công nghệ xử lý CTR bằng ph ơng pháp thiêu đốt

Chất thải rắn

Buồng đốt sơ cấp

Buồng đốt thứ cấp (850 -1100oC)

Xử lý khói thải

Khói thải

Không khí Không khí

Hoá chất hấp thụ

Tro, xỉ

Khí sạch

Không khí Buồng đốt 2

Hệ xiclon, hấp thụ

Nhiên liệu

Xử lý khí cấp 1

Không khí

Đóng rắn

9/26/14 57

Lò đốt tầng sôi:

Tính toán thiết kế hệ thống lò đốt CTR

Mụcưđích:

- Xác định các thông số cơ bản cho quá trình thiết kế hệ thống xử lý.

Nộiưdung:ư

- Tính toán diện tích ghi lò,

- Tính toán thể tích buồng đốt 1, buồng đốt 2,

- Tính chi phí nhiên liệu cho quá trình xử lý

Diện tích ghi lò đ ợc tính theo công thức sau:

trong đó: B - năng suất đốt của lò, kg/h Thông số này lấy theo yêu cầu xử lý.

b – c ờng độ cháy, kg/m2/h Thông số này đ ợc xác định bằng ph ơng pháp thực nghiệm

b B

F =

trong đó: qtnl - nhiệt trị của dầu diezel, kcal/kg,

Bd – công suất của đầu đốt kg/h,

q - mật độ nhiệt thể tích của lò kcal/m3/h,

q

B q

ρt – tỷ khối của tro, xỉ kg/m3

V1 ’’’ - thể tích chứa chất thải rắn

trong đó: ρr – tỷ trọng chất thải rắn, kg/m3

Tínhưthểưtíchưbuồngưđốtư1

(tiếpưtheo)

r

r w r

r '' 1

G ) x 1 ( m V

ρ ρ

t

t '' 1

G ) x 1 (

x m V

ρ ρ

−

=

=

(thứưcấp)ưV2

Thể tích buồng đốt 2 (buồng đốt thứ cấp) đ ợc tính theo công thức sau:

Trong đó: Vk – l ợng khí thải sinh ra khi đốt, tính ở điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 1at, nhiệt độ 0oC), m3

T- nhiệt độ khí thải, oC ,

t- thời gian l u của khí thải trong buồng đốt thứ cấp, s

Để quá trình xử lý đạt hiệu quả, ta khống chế thời gian l u của khí thải trong buồng đốt là t =2 s.

3600

273

273

.

2

t T

V

Cân bằng vật chất khi đốt cháy một đơn vị khối l ợng rác khô và nhiên liệu

(ở điều kiện tiêu chuẩn)

L ợng oxy, không khí cần thiết và l ợng các khí sinh ra khi đốt cháy

một đơn vị khối l ợng rác khô và nhiên liệu

1,516 6,542 6,542 α

2,53 12,02 12,02 α

3,61 15,5 15,5 α

- L ợng khí CO2 sinh ra

- L ợng khí NO2 và SO2 sinh ra

- L ợng hơi n ớc sinh ra

0,858 0,017 1,0

1,685 0,0252 0,804

1,54 - 1,98

3,02 - 1,59

Ph ơng trình cân bằng nhiệt cho toàn lò có dạng nh sau:

Qr + Qcnl + Qk + Qr + Qnl = Qhh + Qkh + Qt + Qtr

trong đó:

Qr - nhiệt l ợng sinh ra khi cháy rác thải, kJ;

Qcnl - nhiệt l ợng sinh ra khi cháy nhiên liệu, kJ;

Qk - nhiệt l ợng do không khí mang vào, kJ;

Qr - nhiệt l ợng do rác thải mang vào, kJ;

Qnl - nhiệt l ợng do nhiên liệu mang vào, kJ;

Qhh - nhiệt l ợng cần để hóa hơi n ớc, kJ;

Qkh - nhiệt l ợng do khói mang ra, kJ;

Qt - nhiệt l ợng tổn thất ra môi tr ờng, kJ

Qtr - nhiệt tích lại trong tro, kJ.

Nhiệt l ợng sinh ra khi cháy rác thải:

Nhiệt l ợng sinh ra khi cháy nhiên liệu:

Qcnl = qtnlGnl

Trong đó:

qtnl - nhiệt trị của nhiên liệu, kJ/kg

Gnl – l ợng nhiên liệu tiêu thụ, kg

Qk = GkCkTk

Trong đó:

Gk – l ợng không khí cần cấp cho quá trình đốt, kg

Ck – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/kg.oC (1.02 kJ/kg.oC)

Tk – nhiệt độ không khí oC

Nhiệt l ợng do không khí mang vào:

Nhiệt l ợng do rác thải mang vào:

Qr = GrCrTr

Trong đó:

Gr – khối l ợng rác thải cần xử lý, kg

Cr – nhiệt dung riêng của rác thải, kJ/kg.oC

Tr – nhiệt độ của rác thải oC

Tnl – nhiệt độ nhiên liệu oC

Nhiệt l ợng do nhiên liệu mang vào:

Nhiệt l ợng cần thiết để hoá hơi n ớc:

Qhh = γhhxWGr

Trong đó:

γhh – ẩn nhiệt hoá hơi của n ớc, kJ/kg

xW – độ ẩm của rác thải, %

Qkh = GkhCkhTkh

Trong đó:

Gnl – khối l ợng khói thải sinh ra, kg

Cnl – nhiệt dung riêng của khói thải, kJ/kg.oC

Tnl – nhiệt độ khói thải oC

Nhiệt l ợng do khói mang theo:

Nhiệt l ợng do tro xỉ mang theo:

Qkh = GkhCkhTkh

Trong đó:

Gnl – khối l ợng khói thải sinh ra, kg

Cnl – nhiệt dung riêng của khói thải, kJ/kg.oC

Tnl – nhiệt độ khói thải oC

Nhiệt l ợng tổn thất ra môi tr ờng:

Nhiệt l ợng do tro xỉ mang theo:

NhiÖt trÞ thÊp, l îng oxy, l îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt vµ l îng s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh khÝ =1 α

C¸c khÝ C«ng thøc ph©n

tö

NhiÖt trÞ thÊp, kJ/n.m3

Vo H2O = [xW + vr,H2O (1-xW)]Gr + vnl,H2O Gnl (8)

Vo kh¸c = ( α vr,k - vr,O2)(1-xW)Gr +( α vnl,k - vnl,O2)Gnl (9)

{ }

kh kh k

nl, nl

nl k

k k nl, tnl

t r r r k

k W k

r, tr

kh kh A W

k , r W

hh

nl1

T C ) m (1

T C T

C m q

Q G

T C T

)C x (1 m q

T ]C x 1 ) x (1 m [ x

G

α α

α α

γ

+

− +

− +

kh k

nl, k

k k nl, g

tn

T )C m

(1 T

C m q

Q G

α +

− α

+

=

Tiªu­hao­nhiªn­liÖu­chung:

Gnl = Gnl1 + Gnl2 (kg/h)

Một số hình ảnh thiết bị thiêu đốt chất thải rắn

Nhà máy thiêu đốt chất thải rắn

Incineration Plants

< Nh m¸y thiªu huû ë Hµn Quèc à Incineration Plants in Korea>

Thiết bị thiêu đốt Incinerator

Lò đốt chất thải rắn y tê VHI – 18B

Bệnh viện Đa khoa Bắc Cạn

Tài liệu tham khảo

1 Báo cáo kết quả đề tài “Hoàn thiện công nghệ xử lý rác thải y tế nguy hại” Viện Hoá học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ

Quốc gia, 2002

2 Hoàng Kim Cơ, Nguyễn Công Cẩn, Đỗ Ngân Thanh Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp NXB Khoa học kỹ thuật 1985.

3 Trần Hiếu Nhuệ, ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái

Quản lý chất thải rắn T1 Chất thải rắn đô thị NXB Xây dựng 2001

4 Technology of municipal solid waste treament EXPERIENCES AND CHALLENGES NXB KHKT 2003

5 L’incineration, I.S.T.E Belgique 1999.

7 M.G Berengarten, I.A Vaxileva… Quản lý chất thải đô thị Matxcova 1999 (tiếng Nga)

Chương III.

Xử lý chất thải rắn bằng

phương pháp chôn lấp

ThS Văn Hữu TậpTrường Đại học Khoa học - ĐHTN

Nội dung bài giảng

• I Giới thiệu chung

• II Cơ sở lý thuyết của ph ơng pháp chôn lấp CTR Các loại vi sinh vật

Các yếu tố ảnh h ởng đến sự phát triển của vi sinh vật

• III Kỹ thuật chôn lấp CTR

Thiết kế bãi chôn lấp rác

Kỹ thuật vận hành bãi chôn lấp

Thiết bị phục vụ bãi chôn lấp

Giai đoạn đóng bãi rác

• IV Giải quyết các vấn đề môi tr ờng

Thu khí sinh học

Vấn đề n ớc rò rỉ bãi rác

V Một số hình ảnh bãi chôn lấp CTR

Phần I Giới thiệu chung

Khái niệm chung về chôn lấp

• Chôn lấp l ph ơng pháp phổ biến v đơn giản trong xử lý CTR.à à

• Chôn lấp hợp vệ sinh l một ph ơng pháp tiêu huỷ sinh học có kiểm soát các thông số chất l ợng môi tr ờng (mùi, không àkhí, n ớc rò rỉ bãi rác) trong quá trình phân hủy

• Theo quy nh của TCVN 6696-2000, bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh l : khu vực đ ợc quy hoạch thiết kế, xây dựng để đị àchôn lấp các chất thải phát sinh từ khu dân c , đô thị v các khu công nghiệp.à

Ph ¬ng ph¸p ch«n lÊp CTR

• ¦u ®iÓm:

- Xö lý khèi l îng rÊt lín chÊt th¶i;

- Chi phÝ ®Çu t vµ chi phÝ xö lý nhá;

 Nh îc ®iÓm:

- ChiÕm nhiÒu diÖn tÝch;

- G©y « nhiÔm khu vùc xö lý;

- Thêi gian ph©n huû chËm.