CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ KHÍ THẢI

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, chất lượng cuộc sống của nhân dân ngày một tăng cao kéo theo đó là sự gia tăng về chất thải đặc biệt là ở các khu đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất... Trong đó nổi lên là sự ảnh hưởng của chất thải rắn. Chất thải rắn không những ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người mà nó còn gây mất vẻ mỹ quan, ảnh hưởng gián tiếp tới môi trường văn hoá – xã hội – kinh tế. Chính vì vậy, công tác quản lý, xử lý chất thải rắn luôn được quan tâm hàng đầu. Một số biện pháp kỹ thuật xử lý chất thải rắn trên thế giới thường áp dụng: Phương pháp chôn lấp chất thải hợp vệ sinh: Phương pháp này chi phí rẻ nhất, bình quân ở các khu vực Đông Nam Á là 12 USDtấn. phương pháp này thường phù hợp với các nước đang phát triển Phương pháp chế biến chất thải rắn có nguồn gốc hữu cơ thành phân ủ hữu cơ (compost): Phương pháp này chi phí thông thường từ 810 USDtấn. Thành phẩm thu được dùng để phục vụ cho nông nghiệp, vừa có tác dụng cải tạo đất vừa thu được sản phẩm không bị nhiễm hoá chất dư tồn trong quá trình sinh trưởng. Thành phần này được đánh giá cao ở các nước phát triển. Nhược điểm của phương pháp này là: Quá trình xử lý kéo dài, bình thường là từ 23 tháng, tốn diện tích. Một nhà máy sản xuất phân hữu cơ từ chất thải rắn công xuất xử lý 100.000 tấn chất thảinăm cần có diện tích là 6ha. Phương pháp thiêu đốt: Phương pháp này chi phí cao, thông thường từ 2030 USDtấn nhưng chu trình xử lý ngắn, chỉ từ 23 ngày, diện tích sử dụng chỉ bằng 16 diện tích làm phân hữu cơ có cùng công suất. Chi phí cao nên chỉ có các nước phát triển áp dụng, ở các nước đang phát triển nên áp dụng phương pháp này ở quy mô nhỏ để xử lý chất độc hại như: Chất thải bệnh viện, chất thải công nghiệp, chất thải nông nghiệp... Các kỹ thuật khác: Ép ở áp lực cao các thành phần vô cơ, chất dẻo... để tạo ra các sản phẩm như tấm tường, trần nhà, tủ, bàn ghế,...

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ KHÍ THẢI

Chương 1: Đặc điểm của chất

TS Ngô Thị Thuý Hường

tính chất nguy hại 1.4 Thành phần, tính chất của chất thải rắn

vỏ trấu, vỏ cà phê, phân chuồng, rỉ đường, phế thải của các quy trình sản xuất công nghiệp như sản xuất bia, thứ căn gia súc, thực phẩm.

• Chất thải rắn có độc tính hay chất thải rắn nguy hại

(CTRNH): là các chất gây nguy hại đến môi trường và con

người CTRNH là các chất dễ cháy nổ, dễ ăn mòn, dễ ô

nhiễm, làm ngộ đôc., vv

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

4

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Có từ khi con người có mặt trên trái đất

• Con người và động vật khai thác tài nguyên trên trái đất  thải ra các chất thải rắn

• Khi mật độ dân cư còn thấp  CTR không gây ô nhiềm môi trường trầm trọng  diệ tích đất còn nhiều  có thể tự đồng hóa và phân hủy các chất thải

• Khi xã hội phát triển, dân số đông, con người sống tập trung thành làng, xã, cụm dân cư, vv  Thực phẩm thừa và các loại chất thải khác bị thải bỏ bừa bãi khắp nơi  thuận lợi cho sự phát triển của các loài gậm nhấm (chuột)  điểm tựa cho các sinh vật ký sinh như là bọ chét sinh sống và phát

triển gây nên bệnh dịch hạch lan truyền trầm trọng ở Châu

Âu vào giữa thế kỷ 14

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

5

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Thế kỷ 19, kiểm soát dịch bệnh nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng mới được quan tâm

• Nhận thức được: Không thu gom và xử lý CTR  sự phát triển của các vec tơ truyền bệnh  dịch bệnh  sức khỏe con người

• Quản lý CTR không hợp lý nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường (đất nước và không khí)

• Các phương pháp quản lý CTR đầu thể kỷ 20:

 Thải bỏ trên các khu đất trống

 Thải bỏ vào môi trường nước (sông, hồ, biển …)

 Chôn lấp

 Giảm thiểu và đốt

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

6

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Hiện nay, hệ thống quản lý CTR không ngừng phát triển, đặc biệt ở các nước phát triển, do kết hợp các thành phần:

 Luật pháp và quy định quản lý chất thải rắn

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

7

1.3 Sự phát sinh CTR trong xã hội công nghiệp:

Quá trình phát sinh chất thải rắn trong XH công nghiệp

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

8

1.4 Ảnh hưởng của CTR đến môi trường:

• Việc quản lý CTR không hợp lý  ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước Ví dụ:

 rò rỉ từ bãi chôn lấp  ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

• Mật độ dân số cao  lượng CTR lớn

• Lượng và thành phần CTR khác nhau giữa các vùng khác nhau

• Hệ thống QLCTR đô thị là thiết yếu trong việc kiểm soát các vấn đề liên quan đến CTR, bao gồm:

 Sự phát sinh

 Thu gom, lưu giữ vàphân loại tại nguồn

 Thu gom tập trung;

 Trung chuyển và vận chuyển;

 Phân loại, xử lý và chế biến;

 Thải bỏ CTR hợp lý (bảo vệ sức khỏe cộng đồng, kinh tế, bảo tồn thiên nhiên, cảnh quan, vv.)

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

10

1.5 Hệ thống quản lý CTR đô thị:

Mối liên hệ giữa các thành phần trong hệ thống QLCTR

Phân loại, lưu trữ, tái sử dụng tại nguồn

Nguồn phát sinh chất thải

Trung chuyển và vận

chuyển

Phân loại, xử lý và tái chế

CTRThu gom tập trung

Thải bỏ

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

11

2 Nguồn gốc chất thải rắn

2.1 Nguồn gốc phát sinh của CTR:

• Nguồn gốc phát sinh, thành phần, tốc độ phát sinh của CTR là

cơ sở quan trọng cho:

 Lựa chọn công nghệ xử lý

 Đề xuất các chương trình quản lý CTR thích hợp

• Các nguồn phát sinh CTR bao gồm:

 Khu dân cư

 Khu thương mại (nhà hàng, khách sạn, siêu thị, chợ, vv.);

 Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng;

 Khu công cộng (nhà ga, bến tàu, sân bay, công viên, đường phố, vv.);

 Nhà máy xử lý chất thải;

 Các khu công nghiệp;

 Các hoạt động sản xuất nông nghiệp

• Chất thải đô thị hầu hết là chất thải công cộng, ngoại trừ CTR

từ sản xuất công nghiệp và nông nghiệp

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

12

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

13

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

14

3 Phân loại chất thải rắn

• Phân loại theo thành phần, tính chất có nhiều ý nghĩa trong quản

lý CTR CTR có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

 Phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh: Rác thải từ sinh hoạt, văn phòng, khu thương mại, công nghiệp, nông nghiệp, đường phố hay chất thải trong quá trình xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng, vv

 Phân loại dựa vào các đặc tính tự nhiên như:

 Thành phần vô cơ (chai nhựa, nilon, vải…)

 Thành phần hữu cơ (thức ăn thừa, cỏ cây…)

 Thành phần đốt cháy được: đồ chơi nhựa, băng đĩa, cao

su, vải, giấy…

 Thành phần không đốt cháy: sành sứ, thủy tinh, đồ điện…

 Thành phần tái chế: chai nhựa, vỏ thiếc, hộp giấy, giấy…

 Thành phần có kích thước lớn: như tủ, bàn, xe đạp…

 Chất thải công nghiệp;

 Chất thải nguy hại

• Đáng chú ý nhất trong rác thải là CTR nguy hại, thường phát sinh từ các khu công nghiệp

 Thông tin về nguồn gốc phát sinh, đặc tính của các CTNH của các loại hình công nghiệp khác nhau là rất cần thiết

 Ví dụ: hiện tượng rò rỉ, chảy tràn các loại hóa chất, dầu mỏ,

vv phải đặc biệt chú ý, do chi phí thu gom và XL các chất thải này rất tốn kém Ví dụ sự chảy tràn hóa chất bị ngấm vào đất

và các vật liệu ngậm nước khác như rơm rạ thì việc thu gom phải tiến hành với cả rơm rạ và đào bới đất bị ngấm vào để xử

lý  rất tốn kém

• Rác thải đo thị là nguồn phân tán  khó quản lý

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

16

Lợi ích của việc phân loại CTR tại nguồn:

• Giảm ô nhiễm và đất đai ở các BCL:

+ Giảm 50 – 80 % KL CTR phải chôn lấp;

+ Giảm diện tích đất cho các BCL

• Giảm chi phí QLCTR (nếu phân loại triệt để và hệ thống vận hành hoàn chỉnh):

+ Tận dụng tài nguyên CTR để tái sử dụng và tái chế;

+ Giảm chi phí vận hành, thu gom và xử lý của hệ thống QLCTR

• Thông qua phân loại CTR, góp phần nâng cao ý thức trách nhiệm của mọi người

• Phân loại CTR thể hiện sự hoàn thiện của thế chế, pháp luật

và văn hóa, giảm gánh nặng về MT cho các cấp quản lý

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

17

Chất thải nguy hại (CTNH):

• CTNH có thể định nghĩa khác nhau như sau:

- CT có chứa các yếu tố, thành phần độc hại;

• Như vậy, CTNH là CT có tính chất nguy hại (nổ, cháy, ăn mòn, oxy hóa, độc tính, lây nhiễm) hoặc thành phần nguy hại vượt ngưỡng cho phép (QCVN 07:2009) gây tổn hại nghiêm trọng đến sinh vật và MT (không bao gồm CT phóng xạ)

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

18

Bảng 1 Các loại CTR theo nguồn gốc phát sinh

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

20

• Thành phần CTR rất đa dạng, bao gồm từ rác thải công nghiệp, rác thải (phế thải) xây dựng, rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp

• Thông tin về thành phần CTR rất quan trọng trong việc

 Đánh giá và lựa chọn những thiết bị thích hợp để xử lý,

• Thành phần riêng biệt của chất thải rắn thay đổi theo vị trí địa

lý, thời gian, mùa trong năm, điều kiện kinh tế và tùy thuộc vào thu nhập của từng vùng, địa phương, quốc gia…

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

21

Sự thay đổi thành phần CTR trong tương lai:

• Có ý nghĩa quan trong trong việc:

o ý thức cộng đồng: ý thức được các vấn đề liên quan đến

MT & có xu hướng sử dụng thực phẩm chế biến sẵn

2 Giấy và carton: gia tăng nhanh chóng trong nửa thế kỉ, từ khoảng 20% (1940) tăng lên khoảng 40% (1992)

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

22

Sự thay đổi thành phần CTR trong tương lai:

3 Rác vườn: Lượng rác vườn trong CTR đã tăng đáng kể, đặc biệt tại các nước phát triển do đưa ra luật cấm đốt rác, ví dụ ở

Mỹ hiện nay rác vườn chiếm khoảng 16-24% CTR

4 Nhựa dẻo: gia tăng trong suốt nửa thế kỉ, từ năm 1940 đến năm 1992, thành phần nhựa dẻo trong CTR tăng lên 7-8%, và

dự đoán sẽ tiếp tục tăng trong thời gian tới

• Ở Việt Nam, trong bối cảnh phát theo hướng công nghiệp hóa, thành phần CTR trong rác thải đô thị cũng có sự dịch chuyển đáng kể, đó là:

1. Thực phẩm thừa: giảm mạnh do sự phát triển của ngành

CN thực phẩm;

2. Giấy các loại: tăng mạnh do chủ chương và nhu cầu phát

triển giáo dục, và ngành CN đóng gói hàng hóa phát triển;

3. Nylon-nhựa các loại: tăng nhanh do CN đóng gói tăng;

4. Vải: có thể tăng lên do nhu cầu may mặc và xuất khẩu

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

23

Phương pháp xác định CTR tại hiện trường:

• Thành phần CTR không đồng nhất  xác định thành phần khá phức tạp

• Dự đoán thành phần CTR hiện tại và trong tương lai  công việc khó khăn nhất trong thiết kế vận hành hệ thống QLCTR

• Sử dụng phương pháp phần tư trong lấy mẫu CTR:

1. Lấy 100-250 kg CTR từ khu vực nghiên cứu, đổ đống tại

nơi riêng biệt, xáo trộn nhiều lần bằng cách vun thành đống hình côn và chia thành 4 phần đều nhau;

2. Lấy hai phần chéo nhau và tiếp tục trộn thành 1 đống hình

côn mới Tiếp tục thao tác tới khi được mẫu 20-30kg

3. Sau đó mẫu CTR sẽ được phân loại thủ công thành các loại

riêng và cân ghi lại khối lượng của các thành phần Lặp lại

ít nhất 2 lần để có số liệu chính xác

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

24

Bảng 2 Thành phần CTR đô thị tại Mỹ

• Khối lượng riêng và độ ẩm được quan tâm nhất trong QLCTR

a) Khối lượng riêng (KLR):

• Được định nghĩa là khối lượng CTR tính trên 1 đơn vị thể tích (kg/m3).

• Dữ liệu KLR rất cần để ước lượng tổng khối lượng và thể tích rác cần phải quản lý  tính toán, báo cáo dữ liệu về khối lượng hay thể tích CTR, giá trị KLR phải chú thích trạng thái (KLR) của các mẫu rác một cách rõ ràng, vd: trạng thái của chúng như: xốp, chứa trong các thùng chứa container, không nén, nén…

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

26

• KLR thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu giữ chất thảicần thận trọng khi lựa chọn giá trị thiết kế

• KLR của chất thải đô thị dao động trong khoảng 180 – 400 kg/m3, điển hình khoảng 300 kg/m3.

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

27

Phương pháp xác định KLR:

• Mẫu CTR có thể tích khoảng 500 lít sau khi xáo trộn đều bằng

kỹ thuật “một phần tư” Các bước tiến hành như sau:

1. Đổ nhẹ mẫu vào thùng thí nghiệm có thể tích đã biết (tốt nhất

là 100 lít) cho đến khi chất thải đầy đến miệng thùng

2. Nâng thùng lên cách mặt sàn khoảng 30 cm và thả rơi tự do xuống 4 lần

3. Đổ nhẹ mẫu CTR vào thùng thí nghiệm để bù vào chất thải

đã nén xuống

4. Cân và ghi khối lượng của cả vỏ thùng và chất thải

5. Trừ khối lượng cân được ở trên cho khối lượng của vỏ thùng thí nghiệm thu được khối lượng của chất thải thí nghiệm

6. Chia khối lượng CTR cho thể tích của thùng thí nghiệm thu được khối lượng riêng của chất thải

7. Lặp lại thí nghiệm ít nhất 2 lần và lấy giá trị KLR trung bình

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

28

b) Độ ẩm:

• Độ ẩm của CTR được biểu diễn bằng một trong 2 phương

pháp: Phương pháp khối lượng ướt và phương pháp khối lượng khô.

• Theo phương pháp khối lượng ướt: tính theo khối lượng ướt của vật liệu là phần trăm khối lượng ướt của vật liệu  sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quản lý CTR, cách tính như sau:

a= {(w – d )/ w} x 100 (1)Trong đó: a: độ ẩm, % khối lượng ướt

W: khối lượng mẫu ướt ban đầu, kg d: khối lượng mẫu sau khi sấy khô ở 105oC, kg

• Theo phương pháp khối lượng khô: tính theo khối lượng khô của vật liệu là phần trăm khối lượng khô vật liệu

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

29

Bảng 3 Độ ẩm CTR đô thị

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

30

Bài tập 1: Ước tính độ ẩm (%) của CTR đô thị biết thành phần

khối lượng của chúng?

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

31

Bài giải:

1 Thiết lập bảng tính dựa vào các dữ liệu cần thiếttrong công thức tính độ ẩm

2 Xác định độ ẩm của chất thải sử dụng công thức

tính độ ẩm (1) ở trên:

Độ ẩm CTR (%) = {(100 – 78,8)/100}x 100 = 21,2%

• Kích cỡ của rác thải thường không đồng nhất không có lợi cho quá trình phân huỷ rác thải phải cắt để rác có kích cỡ thích hợp để đạt hiệu quả cao, tốt nhất là vào khoảng 5 cm.

• Xác định kích thước thành phần bằng phương pháp sau:

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

33

d) Khả năng giữ nước thực tế:

• Khả năng giữ nước thực tế của CTR là toàn bộ lượng nước mà

nó có thể giữ lại trong mẫu chất thải dưới tác dụng của trọng lực

• Đây là một chỉ tiêu quan trọng trong việc tính toán xác định lượng nước rò rỉ từ bãi rác

• Nước đi vào mẫu CTR vượt quá khả năng giữ nước sẽ thoát ra tạo thành nước rò rỉ

• Khả năng giữ nước thực tế thay đổi phụ thuộc vào áp lực nén

và trạng thái phân huỷ của chất thải

• Khả năng giữ nước của hỗn hợp chất thải rắn (không nén) từ các khu dân cư và thương mại dao động trong khoảng 50-60%

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

34

e) Độ thấm (tính thấm) của chất thải đã được nén:

• Tính dẫn nước của chất thải đã được nén là một tính chất vật

lý quan trọng,  chi phối và điều khiển sự di chuyển của các chất lỏng (nước rò rỉ, nước ngầm, nước thấm) và các khí bên trong bãi rác

• Hệ số thấm được tính như sau:

Trong đó: K: hệ số thấm, m2/s

C: hằng số không thứ nguyênd: kích thước trung bình của các lỗ rỗng trong rác, m

γ : trọng lượng riêng của nước, kg.m2/s

μ : độ nhớt vận động của nước, Pa.s

k : độ thấm riêng, m2

• Ví dụ: nếu CTR dùng làm nhiên liệu đốt phân tích 4 tiêu chí:

 phân tích gần đúng-sơ bộ (XĐ sơ bộ hàm lượng CHC);

 Điểm nóng chảy của tro;

 Độ ẩm: lượng nước mất đi sau khi sấy ở 105oC trong 1h;

 Chất dễ bay hơi: Khối lượng bị mất đi khi đem CTR khô nung ở 550oC trong lò kín Phần này là các CHC trong CTR, chiểm khoảng 40-60%, TB là 53%.

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

37

 Các bon cố định: lượng các-bon còn lại sau khi đã loại các chất vô cơ khác (thủy tinh, kim loại, vv) trong tro khi nung ở 905oC , chiếm khoảng 5-12%, trung bình 7% Trong CTR đô thị, các chất vô cơ này chiểm 15-30%, TB là 20%;

 Tro: Khối lượng còn lại sau khi đốt cháy trong lò hở.

b) Điểm nóng chảy của tro:

• Được định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó tro được hình thành từ quá trình đốt cháy chất thải bị nóng chảy và kết dính tạo thành dạng rắn (xỉ) Nhiệt độ nóng chảy đối với xỉ từ quá trình đốt CTR dao động 1100 - 1200oC.

c) Phân tích thành phần nguyên tố tạo thành CTR:

• Chủ yếu là xác định phần trăm của các nguyên tố C, H, O, N, S

và tro Trong quá trình đốt CTR sẽ phát sinh các chất clo hóa  cần xác định cả các halogen.

• KQ phân tích để mô tả thành phần hóa học của các CHC trong CTR

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

39

Bảng 5 Thành phần nguyên tố của CTR đô thị tại Tp HCM

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

40

Bài tập 2: Xác định thành phần hóa học của một mẫu rác đô thị dựa

vào thông tin về khối lượng ướt, khối lượng khô và nguyên tố hóa học cho trong bảng 2,3 và 4.

 Sử dụng nồi hơi có thang đo nhiệt lượng

 Sử dụng bom nhiệt lượng trong phòng thí nghiệm

 Tính toán theo thành phần các nguyên tố hóa học.

• Hầu hết nhiệt trị các thành phần hữu cơ trong CTR được đo bằng việc sử dụng bom nhiệt lượng.

• Nhiệt trị từ CTR khô được tính từ nhiệt trị rác ướt theo công thức:

Q khô = Qướt x 100/ (100 - % độ ẩm)

• Nhiệt trị từ CTR không tính chất trơ được tính như sau:

Q không trơ = Qướt x 100/ (100 - % độ ẩm - % tro).

9/9/15 Ngo Thi Thuy Huong

42

Bảng 6 Nhiệt trị và hàm lượng chất trơ của các thành phần

trong CTR đô thị

Q : Nhiệt trị (kcal/kg, kJ/kg, 1Btu/lb = 2,326 kJ/kg = 0,556 kCal/kg)

C : % khối lượng Cacbon

H : % khối lượng Hydro

O : % khối lượng Oxy

S : % khối lượng lưu huỳnh

N : % khối lượng Nitơ

Bài tập 3: Ước tính nhiệt trị của CTR đô thị có thành phần khối

lượng như trong bài tập 1.

Giải:

Kết quả tính tổng giá trị nhiệt của 100 kg CTR dựa vào nhiệt trị của các thành phần CTR như bảng 6.

 Xenlulo: Sản phẩm ngưng tụ của đường glucose 6 cac-bon;

 Dầu, mỡ và sáp: Là những este của alcohols và những axit béo mạch dài;

 Ligno xenlulo: là kết hợp của lignin và xenlulo;

 Protein: chất tạo thành từ sự kết hợp chuỗi các amino axit

• Trong các thành phần hữu cơ của CTR, lignin (trong tế bào gỗ)

là khó phân hủy nhất Chúng ko tan trong nước và axit vô cơ, chỉ bị phân hủy 1 phần trong kiềm bisunfitnatri và H2SO4

các axit thơm

 Các phân tử có