Xử lý ctr công nghiệp và ctr nguy hại

Xử lý ctr công nghiệp và ctr nguy hại

XỬ LÝ CTR CÔNG NGHIỆP VÀ CTR NGUY HẠI

Xử lý cơ học

Chuẩn bị cho các quá trình xử lý

tiếp theo:

•Giảm kích thư ch thư ớc: dùng búa

đập, kéo hoặc máy nghiền

•Phân loại: theo khối lượng,

theo kích thước hoặc theo từ

tính (chủ yếu là tách KL)

•Nén: gia tăng khối lượng riêng

của các loại vật liệu

Xử lý cơ học

Tuyển chất thải: dùng để tái sinh CTR của công nghiệp khoáng

sản, tro nhiên liệu, hỗn hợp chất dẻo, xỉ luyện kim màu:

•Tuyển trọng lực

•Tuyển từ

•Tuyển đi n đi ện

•Tuyển nổi: i: tuyển các phế liệu riêng biệt như xỉ luyện kim

•Một số phương pháp tuyển đặc biệt khác

Chất lỏng

Chất rắn Chất thải nguy hại

Hóa chất

Chất thải ít độc hơn Phương pháp hóa học

x X x

Đông lạnh

X X X

Bốc hơi

x X

X X X

Sục khí và sục

hơi

x x

Màng

X X X X

Chiết xuất dung

môi

x x x

Trao đổi ion

x x

Chưng cất

X x

x x

Máy thổi khí

D: 0.5 - 3m

H: 1 - 15 m

Tỷ lệ lưu lượng không khí/nước = 5-10 2

Độ sụt áp: 200-400 N/m 2 /m cao

Nhược điểm: chỉ chuyển chất ô nhiễm từ lỏng sang khí và phải

xử lý sơ bộ nước thải

Thiết kế

Khử chất hữu cơ tan trong nước

Tách khí bằng dòng hơi mang nhiệt

F.C A,F = B.C A,B + DC A,D + OC A,O

•F:lưu lượng khối lượng

•C A,- : nồng độ A trong các dòng khác nhau:

•B, D, O: lưu lượng khối lượng dòng đáy, dòng hữu

cơ được tách, khí ra

Các phương trình thiết kế cơ bản

Phương trình truyền khối

Truyền khối ở mâm (n+1)

GY A,n + LX A, n+2 = GY A,n+1 + LX A, n+1

•G: khối lượng mol dòng hơi (mol/h)

•L: khối lượng mol dòng lỏng (mol/h)

•Y A : nồng độ mol A trong pha khí (mol/mol)

•X A : nồng độ mol A trong pha lỏng (mol/mol)

Các phương trình thiết kế cơ bản

GAC dùng để khử

chất hữu cơ

Hấp phụ bằng than họat tính

Các giai đoạn truyền khối:

Khuếch tán màng (bên ngoài)

Khuếch tán qua lỗ rỗng hoặc bề mặt (bên trong)

Phản ứng trên bề mặt

Lý thuyết truyền khối

Phương trình đường đẳng nhiệt Freundlich

•q=K f C 1/n (hoặc q=K f C n )

•q: nồng độ trong pha rắn (mol/g…)

•C: nồng độ tương ứng trong pha lỏng (mol/l…)

Đường cong hấp phụ

a) Xuôi dòng dãy hộp b) Xuôi dòng song song

c) Tầng hấp phụ chuyển động d) Ngược dòng dãy hộp (lơ lửng)

Kiểu thiết bị GAC

6 Dung lượng hấp phụ ⇒ đường đẳng nhiệt

7 Yêu cầu tái sinh

8 Loại than

Thiết kế cột GAC

•Cá chất được oxy hoá: VOC clo hoá, mercaptan, phenol, CN

-•Tá nhân oxy hoá: O 3 , H 2 O 2 , Cl 2 , UV/O 3 /H 2 O 2

•Xử lý: chất thải lỏng nguy hại, hoặc đất bị nhiễm bẩn

•Đặc trưng bởi thế oxy hoá khử

Π

−

ung phan chat

pham san

nF

RT E E

)

(

)_

(ln

Oxy hóa hóa học

•E: thế oxy hóa khử, V E o : thế oxy hóa khử ở điều tiêu chuẩn, V

•R: hằng số T: nhiệt độ

•n: số e trao đổi F: hằng số Faraday

Các phản ứng oxy hoá thường gặp

•O 3 : mạnh, khử hầu hết các chất hữu cơ độc hại Tuy nhiên, O 3 có

R· : gốc hữu cơ hoạt động

•Clorine: thường áp dụng trong xử lý chất thải lỏng.

CN - + OCl - = CNO - + Cl

• Để trích ly hoặc oxy hoá CHC ở nhiệt độ cao và áp suất cao

• Nhi ệt độ: 600-650 o C, thời gian lưu: <1phút.

Dòng siêu tới hạn (supercritical fluids)

99.9998

0.5 574 2,4-Dinitrotoluen

99.99

7.0 440 Dextroxe

99.96

3.2 460 Methyl ethyl

ketone

99.99

3.7 510 PCB 1254

99.99

3.7 510 PCB 1234

99.997

3.7 505 DDT

99.993

4.4 500 4,4-

dichlorobiphenyl

99.99

3.6 495 1,2,4-trichloro

benzene

99.99

3.5 488 Hexachlorocyclope ntadiene

99.99

3.6 495 o-

Chlorotoluene

99.99

3.6 495 1,1,2,2-tetrachloro ethylene

99.99

3.6 495 1,2-ethylene

dichloride

99.99

3.6 495 1,1,1-

trichloroethane

99.93

3.6 495 o-Xylene

99.97

7 450 Biphenyl

99.97

7 445 Cyclohexan

Hịêu suất, %

Thời gian, phút

Nhiệt

độ,

o C

Hợp chất Hịêu

suất,

%

Thời gian, phút

Nhiệt

độ,

o C Hợp chất

Áp dụng dòng siêu tới hạn để khử CHC

Quá trình màng

Concentrate Fluid flow

Permeate

macromolecule particle

membrane pore

Áp suất qua màng

Đối với dòng chảy ngang:

• Ptm– Gradient áp suất qua màng, kPa Pf= Áp suất dòng vào, kPa

• Pc= Áp suất dòng đậm đặc, kPa Pp= Áp suất dòng thấm, kPa

Tổng tổn thất áp lực qua màng:

Tổng lưu lượng thấm :

• Qp– Lưu lượng dòng thấm, kg/s A = Diện tích màng, m 2

• Fw= Dòng thấm qua màng, kg/m 2 s Pp= Áp suất dòng thấm, kPa

p c

F

Qp = w×

trước xử lý

Dung môi và chất tan

Thu hồi Chất tan Dung môi

T ác chấ t

CT nguy hạ i

T á c ch ất

CT nguy h ại

Tá chất

CT nguy hại

Ứng dụng: nước thải pH cao hoặc thấp

Tá chất trung hoà: đá vôi, Na 2 CO 3 , H 2 SO 4

•Gi ảm thể tích chất thải, thu nhiệt, tro

•Gi ảm nguy cơ rò rỉ

•Ti ết kiệm diện tích

W W DRE

Phát thải khí: SO x , hạt lơ lửng (SPM), dioxin

Là quá trình oxy hoá CHC ở nhiệt độ cao

i

i i

10 68 2 1

1 7 0

× +

+ +

=EA: nhiệt lượng của KK thừa: 0.7 kJ/kg o F

Nhiệt độ kk: 60

Ở t o thấp, dẫn nhiệt và đối lưu chiếm ưu thế.

Ở t o cao, bức xạ chiếm ưu thế

Chuẩn bị chất thải

CTR

nói chung

Thiết bị cấp bằng trọng lực sau khi nghiền

•Thời gian lưu

Nhiệt lư t lư ợng tạo thành:

xa buclieu

nhien

V enthapy

Qtao_thanh = × _ + hoi_nuoc +

Nhu cầu nhiên liệu = Qtao_thanh − Qcap

Thông số thiết kế lò đốt

Tốc đ c đ sinh nhiệt: 0.56-0.94 GJ/h/m cao

Buồng đ ng đ t sơ b t sơ b ộ (buồng 1) được phân chia sao cho buồng

đốt sau đạt giá trị TB của khoảng trên

Buồng đ ng đ t sau (buồng 2): hiệu chỉnh tổng dòng khí vào để

đạt được nhiệt độ vùng đốt trong thời gian lưu là 2s

Buồng đốt 1 không đủ thời gian lưu, độ xáo trộn và nhiệt độ để

phân huỷ hoàn toàn CHC

Buồng 1: 700-815 o C → nóng chảy chất vô cơ

Buồng 2: 980-1200 o C→oxy hoá hoàn toàn CHC

•Dùng trong nồi hơi

•Đốt khí trước khi vào buồng đốt

•Gia nhiệt khí thải sau xử lý bụi

ướt

Khí Nước

Hơi Hỗn

hợp nước + hơi

Kiểm soát ô nhiễm không khí

•Quá trình đốt sẽ tạo ra các chất ô nhiễm không khí

•Sản phẩm của quá trình đ nh đ ốt: hơi nước, CO 2 , mồ hóng, bụi, khí

acid (NO x , SO x ), KL nặng (Pb, Cd, Hg), PAH, tro

•Phương ph Phương ph áp khô : nén, phân tách ly tâm, lọc sợi, lọc tĩnh điện.

•Phương ph Phương ph áp ư p ư ớt: tháp mâm và tháp đệm, cyclone ướt, ống

ventury, tháp hấp thu, thiết bị ion hoá tĩnh điện ướt

(electrostatic-wet ionizer)

Buồng lắng bụiCyclone

Thiết bị khử khí acid

•Phương ph Phương ph áp khô: tháp hấp phụ

•Phương ph Phương ph áp ư p ư ớt: hấp thụ, thiết bị tiếp xúc ướt

Tháp hấp thụScrubber

Vận hành lò đốt

độ, sự phát thải

Các phương ph c phương ph áp vận hành lò đ nh lò đ ốt:

•Lò đốt kiểu Grate: dùng cho chất thải có kích thước lớn và

không đồng nhất, không dùng cho xử lý CT nguy hại

•Lò đốt kiểu Hearth: thường dùng xử lý CTNH hoặc CTCN.

Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)

Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)

•Hệ thống kiểm soát ONKK

• Thích h ợp xử lý nhiều loại chất thải

•Như Như ợc đi c đi ểm: cần kỹ thuật cao, chi phí duy tu bảo dưỡng cao, gây ô

nhiễm không khí, trong thùng có sự va đập của chất rắn nên dễ bị

mài mòn

Lò đốt nhiều ngăn (Multiple Chamber Incinerator)

vách ngăn, buồng sau cùng là buồng đốt sau

•CTR được cho vào ở cửa trượt ở buồng đốt sơ cấp

dễ kiểm soát chất thải, xử lý được nhiều loại

Lò đốt tầng sôi (Fluid Bed Incinerator)

•Đặc trưng c trưng : trong vùng đốt

khí vào Cấp cát

Chất thải

Lò đốt tầng sôi (Fluid Bed Incinerator)

•Các h ạt thoát khỏi tầng sôi sẽ được giữ lại ở cyclone

hay scrubber ở phía trên

•M ục tiêu của lớp tầng sôi: tăng cường khuấy trộn và

trao đổi nhiệt tức thời

•V ật liệu chọn dựa trên các tiêu chí:

•Tối ưu chế độ khuấy trộn

•Khả năng làm sạch (scrubbing capacity)

Khí/tro

Tầng cát

lơ lửng

•Giá trị nhiệt cao, nhiệt phân bố đều, trung hòa các sản phẩm

trung gian, chi phí bảo trì thấp

•Nhiệt độ tương đối thấp → cần buồng đốt sau

•Một số chất thải có thể phản ứng với hạt vật liệu

•Không thích hợp với chất thải có kích thước lớn, nhựa, hắc ín,

không đồng nhất.

Công nghệ đốt tầng sôi có tuần hoàn

(Circulating Fluid Bed Technology)

•Cyclone được đặt ở đầu ra

buồng đốt nhằm tuần hoàn

vật liệu

• Vận tốc khí: 3-9m/s

• Độ xáo trộn cao

• Nhiệt độ phân bố đều

• Thời gian lưu vật liệu lâu

• Không cần dùng tháp hấp phụ

phía sau vì đá vôi hoặc Na 2 CO 3

có thể được thêm vào trong

buồng đốt khử khí axit

Lò đốt Plasma (Plasma incinerator)

•Nhi ệt phân chất thải bằng hồ quang điện

•Nhiệt phân: chuyển hóa chất hữu cơ không bền vững thành

các thành phần khí, lỏng, rắn.

•Nhiệt độ: hơn 2760 o C

•Hình thành H 2 , N 2 , HCl, C, CO 2 , CH 4 , C 2 H 2

Lò đốt phun chất lỏng (Liquid Injection Incinerator)

•Phun ch ất lỏng ở áp suất 3.5-7 kPa

•Nhiệt đ t đ ộ lò đ lò đ ốt: 800-1600 o C

•Ch ất lỏng phải được chuyển thành các hạt khí (hơi)

có kích thước nhỏ 40-100µm

•Thời gian lưu i gian lưu : 0.5-2s

•Thi ết kế cần lưu ý các đặc điểm của chất thải:

•Thành phần hóa học, nhiệt lượng, độ nhớt, tính ăn mòn,

họat tính, khả năng polymer hóa, hàm lượng tro, nhiệt độ

chảy tro

Lò đốt phun chất lỏng (Liquid Injection Incinerator)

•Ưu điểm: có thể xử lý nhiều loại bùn, dung dịch, đơn giản, chi phí

nguy hại

•Ổn đ n đ ịnh (stabilization): chuyển hoá hoá học từ

dạng không bền sang dạng bền hơn

Kỹ thuật cố định (Immobilization Techniques)

Kỹ thuật cố định (Immobilization Techniques)

•Silicate hoá (Vitrification)

Quá trình và chất kết dính

•Bê tông hoá

•Nhôm hoá hoặc

•Chất kết dính vô cơ nh vô cơ

•Xi măng porland

•Đá vôi

•Tro bay

•Kết hợp

•Chất kết dính hữu cơ u cơ

•Nhựa đường, Polyester, PE, Polybutadien, epoxit, urea formaldehyde, acrylamide.

•Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP)

•Extraction Procedure Toxicity Test

•TCLP Cage modification

•Multiple Extraction Procedure (MEP)

Xử lý sơ bộ trước khi đóng rắn

•PP cơ h PP cơ h ọc: khử SS, bổ sung tác chất

•PP hóa học:

•Kh ử Cr 6+ thành Cr 3+

•Chuy ển Ni hòa tan thành ion Ni

•Kh ử muối Na 2 SO 4

•Đối với chất hữu cơ u cơ : khử bằng nhiệt, oxy hóa hóa

học, chiết xuất, phân hủy sinh học

Tương thích Tương thích

Tương thích Tương thích

Tương thích Tương thích

Chất

phóng xạ

Tương thích Tương thích

pH thấp hòa tan KL Tương thích Tương thích

Tương thích

KL nặng

Tương thích Tương thích

Tương thích Dehydrat

hóa

Dễ bị rò rỉ Cản trở

Halogen

Tương thích Tương thích

Tương thích Phá vỡ cấu

trúc Tương thích Cản trở

SO 4

2-Phá hỏng vật liệu

Phản ứng Phá vỡ cấu

trúc

Cháy, phá vỡ cấu trúc Tương thích

Tương thích

Chất oxy

hóa

Trung hòa trước khi kết hợp

Trung hòa trước khi kết hợp

Tương thích Trung hòa

trước khi kết hợp

Tương thích Ximăng trung

nhiệt độ cao

Cản trở một

số polymer

Có thể làm chất kết dính Tốt

Tốt

Chất rắn

hữu cơ

Phải được hấp phụ vào chất rắn

Phân hủy ở nhiệt độ cao

Cản trở một

số polymer

Bay hơi do nhiệt

Cản trở Thóat ở dạng hơi

Polymer hữu cơ

Nhựa chịu nhiệt Bằng vôi

Có gốc S

Bùn, trầm tích Kepone, phenol

Xi măng + silicat

Bùn Dầu, vinyl clorua, ethylene cloride

Xi măng + polymer

Bùn Thuốc trừ sâu

Xi măng + bụi lò nung + tác chất

Bùn Phenol

Xi măng + tro bay

Bùn, dd Phenol

Xi măng + sét

Trầm tích Kepone

Chất hữu cơ

Bùn, bã thải Latex, phenol

Xi măng porland

Đất PCB

Đá vôi + nucleophilic

Bùn PCBs, dioxin

Đá vôi, bụi lò nung

Bùn Dầu, cresote

Bụi lò nung

Bùn Phenol, CHC

Đá vôi, tro bay

Bùn Phenol

Tro bay

Bùn Dầu

Chất đông tụ hoá học

Đất Xăng dầu

Bitumen

Dạng xử lý Chất ô nhiễm

Chất kết dính

Ứng dụng

•X ử lý chất thải gia công kim loại, dòng thải axit chứa

chì, nước chảy ra từ mỏ, bùn XLNT, chất thải của quá

trình xử lý khí thải

Quá trình sinh học – Định nghĩa

– Vi sinh tự dư dư ỡng: sử dụng CO 2 làm thức ăn, tổng

hợp tế bào

• Vi sinh quang tự dưỡng: dùng ánh sáng làm nguồn năng

lượng

• Vi sinh hóa tự dưỡng: sử dụng năng lượng từ các phản

ứng oxi hóa khử các hợp chất vô cơ.

thức ăn

• Vi sinh quang dị dưỡng

• Vi sinh hóa dị dưỡng

– Độ ẩm: vì nước chiếm 75-80% trong tế bào, nên độ

ẩm rất cần thiết cho sự phát triển của vi sinh

– Nhiệt t đ đ ộ: tốc độ phản ứng sinh học tăng khi nhiệt

Hệ thống Xử Lý Chất Lỏng thơng thường

Tách rắn

Tách rắn

Xử lý hĩa lý

Xử lý hĩa lý Tạo điều Tạo điều kiệnkiện

Xử lý bậc cao

Xử lý bậc cao

Xử lý sinh học

Xử lý sinh học

Tách rắn

Xử lý bùn

Hĩa chất Hĩa chất

Kết tủa Oxy hĩa Thủy phân

Lắng Tuyển nổi

Châm dd Chỉnh pH

Lắng Lọc Tuyển nổi

MF Hấp phụ Trao đổi ion

Dịng ra

Khử nước Đĩng rắn Thiêu đốt

Hệ thống sinh trưởng lơ lửng

Bể Lắng Nước thải

Xử Lý bùn

Thích hợp xử lý khi nồng độ TOC cao, cĩ thể lên đến 5000 mg/L

Nồng độ sinh khối cao → thời gian lưu bùn dài, tỷ lệ F:M thấp, ít

chịu ảnh hưởng của độc chất

Ví dụ Hệ thống bể phản ứng hiếu khí gián đoạn

Pha chờ

Dòng ra

Khí Cấp nước

Hệ thống EX SITU

Các bước xử lý sơ bộ trước khi vào hệ thống EX

SITU:

Điều hòa: ổn định lưu lượng và tải lượng

Xử lý hóa học: thông thường kết tủa độc tố kim loại, phá vỡ

nhũ tương

Phân tách lý học: lắng các kết tủa kim lọai, tuyển nổi

Tạo điều kiện: châm dinh dưỡng và hiệu chỉnh pH.

Trong khi xử lý có thể có các quá trình sau:

Phân hủy sinh học

Bay hơi

Hấp phụ

Hệ thống EX SITU – Xử lý pha bùn(slurry phase treatment)

Bùn/Đất ô nhiễm được trộn với chất lỏng sạch

hoặc ô nhiễm để hình thành hh

Có thể thực hiện bằng bể phản ứng hoặc hồ

Xử lý chất khó phân huỷ sinh học trong đất: dầu,

PAH, thuốc trừ sâu, clorophenol.

Chi phí xử lý rất cao → không được ưa chuộng

Diễn ra tương tự quá trình sinh học lơ lửng ngoại

trừ việc sinh khối không được tuần hoàn và chất

rắn thường là trơ

Các bước xử lý cơ bản: khuấy trộn, sục khí, nhả

hấp, phân huỷ sinh học

Hệ thống EX SITU – Xử Lý Dạng rắn và hơi

Thường dùng để xử lý đất bị nhiễm dầu

Tận dụng hệ vi sinh trong đất để phân huỷ chất ô

Tr un

g ho à

oá họ c

Các thiết bị và hệ thống

Composting

chất vô cơ, mùn (phân compost).

hàm lượng hữu cơ từ 4 – 8% dưới tác dụng của các

VSV trong đk yếm khí

• Phân hủy các chất vô cơ: cơ một số VSV chuyển các

hợp chất vô cơ không tan thành tan, được gọi là pp

decomposition Fermentation heat Temperature difference (interior / exterior)

Air intake and flow

Xử lý IN SITU thường sử dụng để xử lý tại chỗ lớp đất

hoặc nước ngầm nhiễm bẩn

Bioventing

Cung cấp oxy để kích thích VSV phân huỷ CON

trong vadose zone

Chi phí đầu tư, vận hành thấp, hiệu quả cao

Xử lý benzen, toluene, ethylbenzen, xylen, PAH,

phenol, hợp chất béo clo hóa

Phytovolatilization: CON hấp thu vào cây

và chuyển vào khí quyển bằng sự bốc

thoát hơi

Lọc rễ

Chuyển hoá vào thực vật

Phytoremediation

Biobarries

Sử dụng một vùng cố định để tăng hoạt tính

sinh học và khi đó nước ngầm ô nhiễm sẽ

được bơm vào xử lý

Biobarries

Là phương pháp lưu trữ chất thải trong một bãi có

lớp lót đáy và lớp phủ (đất) phía trên

Chôn lấp hợp vệ sinh là pp kiểm soát sự phân hủy

của CTR khi được chôn nén và phủ bề mặt(*)

Sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy là các chất

giàu dinh dưỡng như acid hữu cơ, N, các hợp chất

amon, CO 2 , CH 4

Kết hợp phân hủy sinh học và kiểm soát các thông số

chất lượng môi trường suốt quá trình phân hủy

(*) Qu ản lý chất thải rắn Gs.-Ts Trần Hiếu Nhuệ

Bãi chôn lấp nổi:

Được xây nổi trên mặt đất ở những nơi có địa

hình bằng phẳng, ít dốc.

Bãi chôn lấp chìm:

Chất thải nguy hại được chôn chìm dưới đất

Bãi chôn lấp nửa nổi nửa chìm:

Chất thải được chôn lấp đầy hố đào rồi sau đó

được tiếp tục chôn lấp theo chiều cao thiết kế

Loại và lượng chất thải

Địa hình

Diện tích khu đất cho phép

Địa tầng, tính thấm của đất đá

Chiều sâu và độ dốc của mực nước ngầm

Sự sẵn có của nguyên liệu

Khả năng kiểm soát nguy cơ rò rỉ từ chất thải

Cảnh quan khu vực và xung quanh

Phương pháp ô chôn lấp (OCL):

BCL được chia thành nhiều ô khác nhau để chứa CT

Ô có dạng hình vuông(dài/rộng=1/1)

Chất thải được chôn lấp theo hình thức cuốn chiếu

Thời gian hoạt động từng ô ngắn hơn so với BCL

Phương án hào chôn lấp (HCL):

Hào hình chữ nhật

Hào liên tục được mở rộng khi mở hào, đổ thải, đóng

hào một cách đồng bộ

Thời gian hoạt động dài hơn so với ô chôn lấp

Phương án khu chôn lấp (KCL):

BCL được phát triển hết dt hiện có của bãi

Khu chôn lấp được mở rộng liên tục cho đến khi hết diện

tích chôn lấp