xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp

Xử lý CTNH bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển chất thải sang dạng khí, lỏng và tro… đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ 4

2.1.Nguyên lý hoạt động chung 4

2.1.1.Nhiệt độ 4

2.1.2.Độ xáo trộn: 4

2.1.3.Thời gian: 4

2.2 Phân loại các phương pháp nhiệt 4

2.2.1.Nhiệt phân: 4

2.2.2.Thiêu đốt 10

2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt 12

2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt 12

2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu 13

2.4.Lượng không khí dư 13

2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt 15

2.5.1.Ưu điểm 15

2.5.2.Nhược điểm: 15

2.6.Hiệu quả quá trình đốt 16

2.7.Ứng dụng 17

2.8.Hiện trạng áp dụng phương pháp đốt ở Viêt Nam 23

CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 24

3.1.Lò đốt chất lỏng 24

3.1.1.Nguyên lý hoạt động 24

3.1.2.Ưu và nhược điểm 25

3.2.Lò đốt chất rắn 26

3.2.1.Phân loại: 26

3.2.2.Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại 28

3.3.Giới thiệu một số dạng lò đốt 28

3.3.1.Lò đốt thùng quay 28

3.3.2.Lò đốt gi/vỉ cố định 31

3.3.3.Lò đốt tầng sôi 31

3.3.4.Lò xi măng 34

3.3.5.Lò hơi 34

3.4.Giới thiệu một số phương pháp xử lý nhiệt 35

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

4.1.Kết luận 38

4.2.Kiến nghị 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

2

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

Trong quá trình phát triển, các hoạt động sản xuất kinh tế đã sản sinh ra một lượnglớn chất thải, đặc biệt là các loại chất thải nguy hại Có rất nhiều định nghĩa vế chất thảinguy hại và các định nghĩa này đều nhắc đến đặc điểm chung của chất thải nguy hại là cháy

nổ, ăn mòn, hoạt tính, độc tính

Tại Việt Nam, do tính đa dạng và sự phát triển nhanh chóng của các loại hình côngnghiệp mà lượng chất thải nguy hại có các đặc tính như trên ngày càng nhiều Lượng phátthải các chất này càng nhiều đe doa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người Vìvậy, các loại chất thải này cần thiết phải được xử lý triệt để Do không thể xử lý chất thảinguy hại theo các phương pháp xử lý chất thải thông thường nên người ta đã nghiên cứu và

và đưa vào ứng dụng một loạt các phương pháp chuyên dùng để xử lý chất thải nguy hại

Một trong các phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế đó là xử lý chất thảinguy hại bằng phương pháp nhiệt

Đây là kĩ thuật xử lý chất thải nguy hại có nhiều ưu điểm hơn so với các phươngpháp khác Phương pháp này dùng để xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp mà có khảnăng cháy, nó áp dụng cho tất cả các dạng chất thải: rắn, lỏng, khí

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ

2.1.Nguyên lý hoạt động chung

Xử lý CTNH bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển chất thảisang dạng khí, lỏng và tro… đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

Để đạt được hiệu quả cao, quá trình phải tuân theo nguyên tắc 3T: nhiệt độ

(temperature); độ xáo trộn (turbulence); thời gian cháy (time).

 Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẻ xảy ra không hoàn toàn và khí thải ra cũng

2.1.3.Thời gian:

Thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn Đối với lò đốt nhiệt phân,đảm bảo thời gian lưu cháy thích hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng đốt sơcấp để cấp khí gas lên buồng đốt thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt Thời gianlưu cần thiết để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất khác nhau phụ thuộc vào bản chấtcủa chất bị đốt nhiệt độ đốt

=> Các yếu tố trên liên hệ khăng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộn tốtthì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao

2.2 Phân loại các phương pháp nhiệt

2.2.1.Nhiệt phân:

2.2.1.1.Phản ứng nhiệt phân xảy ra như sau:

Chất thải chất bay hơi (khí gas) + cặn rác Khí gas bao gồm: CxHy, H2, COx, NOx, SOx, hơi nước

Cặn rắn gồm: Cacbon cố định, tro

4

2.2.1.2.Nhiệm vụ của các buồng đốt trong lò nhiệt phân:

a) Buồng đốt sơ cấp:

Trong lò nhiệt phân, buồng đốt sơ cấp có nhiệm vụ nhiệt phân chất thải rắn tạo khí gas Khí này sẽ cấp cho buồng thứ cấp nhờ sự chênh lệch áp suất giữa buồng sơ cấp và buồng thứ cấp

Quá trình đốt nhiệt phân tại buồng đốt sơ cấp diễn ra theo các giai đoạn:

Rác thoát hơi nước nhiệt phân đốt cặn Cacbon tro

b) Buồng đốt thứ cấp:

Buồng thứ cấp có nhiệm vụ nhận và đốt khí gas

Đốt thứ cấp bao gồm hai buồng: trộn và đốt cuối cùng

Luồng khí ở dưới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ phần trăm carbon cao

Lượng carbon chứa trong hạt sẽ được đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn

Khí thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng

Vận tốc thấp trong buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành phần

2.2.1.3.Nguyên lý cơ bản và các bộ phận cơ bản của lò

Các lò nhiệt phân có bộ phận kiểm soát không khí theo từng điều kiện cụ thể, hoạt động trong chế độ: thiếu khí(buồng đốt sơ cấp), và dư không khí(buồng thứ cấp)

Hình 1 Sơ đồ lò nhiệt phân tĩnh đốt chất thải

6

2.2.1.4.Yêu cầu vận hành lò đốt

Hình 2.Sơ đồ quy trình vận hành lò đốt

2.2.1.5.Yếu tố nhiệt độ trong quá trình đốt nhiệt phân

Từ thực ngiệm nhận thấy rằng, chất thải có thành phần caosu và nhựa cao thì nhiệt phân mạnh dưới 5000C

Chất thải của ngành dày da và rác dầu khí có thành phần chất hữu khó phân hủy nên nhiệt

độ nhiệt phân của các chất thải này cao hơn: 600 – 6500C

=>Nguyên tắc chọn nhiệt độ nhiệt phân = T + 1000C Như vậy nhiệt độ nhiệt phân tối thiểucủa một chất là 3500C

Trong đó: T là nhiệt độ phân hủy của một chất

Hình 3.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của PE

Hình 4.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Cao su

8

Hình 5.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Pet

2.2.1.6.Yếu tố độ ẩm đến quá trình nhiệt phân

Chất thải được đem đốt nên có độ ẩm W £ 30%

 Độ ẩm < 20% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh+ 500C

 Độ ẩm từ 20 – 30% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 750C

 Độ ẩm từ 35 – 50% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 1000C

=>Khi độ ẩm cao thì thời gian nhiệt phân thường kéo dài, năng suất đốt sẽ giảm

Hình 6 Sự hình thành CH4 và CO trong quá trình nhiệt phân

2.2.2.Thiêu đốt

2.2.2.1.Nguyên lý chung của quá trình đốt

Đốt là quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao bằng oxy không khí Bằng cách đốt CTNH, ta

có thể giảm thể tích của nó đến 80 – 90 % Nhiệt độ phải cao hơn 850o C Sản phẩm cuốicùng là tro, CO2 , nước…

Quá trình đốt thực chất là quá trình oxy hóa khử trong đó xảy ra phản ứng giữa chất đốt (chất thải dạng hữu cơ) với oxy trong không khí (thành phần của không khí chủ yếu là: 79% nitơ và 21% oxy theo thể tích) ở nhiệt độ cao

Phản ứng xảy ra như sau:

Chất thải + (O2 + N2) -> Sản phẩm cháy + Q (nhiệt)

Sản phẩm cháy: Bụi, SOx, NOx, CO, CO2, THC, HCl, HF, Đioxins/Furans

2.2.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

Quá trình cháy và các chất ô nhiễm tạo thành (sản phẩm cháy) liên quan chặt chẽ tớithành phần, bản chất của chất thải được đốt, nhiên liệu sử dụng, điều kiện đốt như: hệ số dưkhông khí (oxy), nhiệt độ đốt, độ tiếp xúc và thời gian tiếp xúc giữa nhiên liệu (hoặc khígas) với oxy

Quá trình cháy của chất thải rắn bao gồm 4 giai đọan cơ bản sau:

10

+ Quá trình sấy khô (bốc hơi nước).

+ Quá trình phân hủy nhiệt chất thải (hình thành khí gas)

+ Quá trình phải trộn khí gas hoặc chất đốt với gió (không khí) và sự mồi lửa

+ Quá trình cháy ở dạng khí

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình đốt cháy là áp dụng nguyên tắc 3T

+ Temperature (nhiệt độ) : nhiệt độ của không khí trước khi đưa vào lò và nhiệt độ của

buồng đốt đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh, cháy hoàn toàn Nhiệt độ không đủ cao phản ứng sẽ không xảy ra hoàn toàn và sản phẩm khí thải sẽ có khói đen và các chất ô nhiễm khí như CO, Hydrocacbon (THC) cao Điều này liên quan tới hoặc là do kích thước buồng đốt quá nhỏ hoặc lượng không khí cấp vào quá dư làm nguội buồng đốt

+ Turbulence (xáo trộn): để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất cháy và chất oxy hoá, có

thể đặt các tấm ngăn trong buồng đốt hoặc tại các van đổi chiều dòng khí để tăng khả năng xáo trộn

+ Time (thời gian): thời gian tiếp xúc đủ để phản ứng oxy hoá xảy ra hoàn toàn bằng

cách đốt các vách ngăn nhằm tăng thời gian tiếp xúc hoặc kích thước buồng đốt đủ lớn.Trong các lò đốt kiểu cũ, nhiệt độ thấp theo cách đốt cổ điển thì các điểm cháy hở, 4 giai đoạn của quá trình cháy xảy ra cùng một vị trí và cùng một lúc Do sự phối trộn kém nên cháy không hoàn toàn, hiệu quả cháy kém, có nhiều bụi cùng các chất ô nhiễm (CO, THC, …) kéo theo trong khói thải Để khắc phục nhược điểm trên hiện nay người ta tiến hành đốt chất thải trong lò đốt nhiều cấp, đặc biệt việc ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân

đã cải thiện được vấn đề ô nhiễm môi trường đáng kể

2.2.2.3.Thành phần hóa học của chất thải

Đối với chất thải được đem đốt chứa các thành phần hữu cơ cũng có thể được coi như một dạng nhiên liệu

Thực chất nhiên liệu là những vật chất mà khi đốt cháy thì phát sáng và tỏa ra một nhiệt lượng nào đó Cũng như nhiên liệu, chất thải được đốt có thể tồn tại ở các dạng: rắn, lỏng hoặc khí

Đối với thành phần nhiên liệu rắn và lỏng thường được biểu diễn dưới các dạng:

- Thành phần hữu cơ Ch + Hh + Oh + Nh = 100%

- Thành phần cháy Cc + Hc + Oc + Nc + Sc = 100%

2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt

2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt

Chất thải hữu cơ cần có một nhiệt độ rất cao để cháy, nhưng nó cũng dùng một lượngnhiên liệu bổ sung để mồi cho quá trình cháy

Một số chất thải nguy hại, khi lượng nhiệt cung cấp cho chất thải cháy không đủ vìvậy cần bổ sung một số loại nhiên liệu để gia tăng nhiệt độ cháy

Bảng 1: Một số nhiên liệu cho quá trình đốt

Chất thải Lượng nhiệt

được đốt (Btu/lb)

Độ rỗng (lb/ft)

Khối lượng (lb/ft 3 )

5055520.005365.8

0.50.50.500.5

00000Methyl alcohol

Ethyl alcohol

Nhựa thông

Dầu mỏ

10250133251700015000

49.649.353.641.6

0000

0000Giấy

Giấy nâu

Tạp chí

Giấy gợn sóng

7975725052507040

77357

1.5122.55

6655

12

Lớp bọc chất dẻo

Giấy cacton

734011330

75

2.61

53.5Ruột lớp xe

Nhựa poliethylen

170020000

40

0.750

750Giẻ rách

Dầu mở động vật

800017000

(Btu: đơn vị đo lường nhiệt của Anh)

2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu

Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu nhằm tậndụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có thể chiếm

10 -25 % tổng khối lượng nhiên liệu

2.4.Lượng không khí dư

Khi chất thải cháy thì chúng cần một lượng không khí nhất định, khi sản phẩm cònlại sau khi cháy không còn chứa oxi thì đây gọi là quá trình cháy hoàn toàn nhưng điều nàykhông thể xảy ra trong quá trình cháy Lò đốt luôn phải duy trì một lượng không khí dư đểđạt được quá trình cháy Để cháy được thì người ta phải cung cấp oxi qua 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Khởi động cho quá trình đốt

 Giai đoạn 2: Cháy với một lượng không khí dư, lượng không khí dư này sử dụngtrong lò đốt để điều khiển nhiệt độ trong lò vì lượng không khí dư này dùng để hấp thụlượng nhiệt phát sinh khi có phản ứng phụ xảy ra trong suốt quá trình cháy

Hình 7 Biểu đồ lượng không khí dư

Hình 8 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và lượng không khí dư

Hình 9 Ảnh hưởng của lượng không khí dư đối với nhiệt độ bường đốt

2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt

2.5.1.Ưu điểm

 Phương pháp xử lý bằng nhiệt rất thích hợp cho xử lý đất bị ô nhiễm bởi chất thảinguy hại, có thể tách chất ô nhiễm ra khỏi đất đồng thời làm sạch triệt để chất ô nhiễm

 Là một phương pháp an toàn cho môi trường nếu có hệ thống xử lý khí thải

 Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 99%

 Có khả năng giảm 90 – 95% trọng lượng chất thải trong thời gian ngắn

 Có khả năng xử lý tại chỗ không cần vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro khi vậnchuyển

 Cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ rất nhỏ (0,01% )

 Thời gian xử lý nhanh

 Diện tích công trình nhỏ

2.5.2.Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư ban đầu , chi phí vận hành và cũng như chi phí xây dựng hệ thống xử

lý khí thải tốn kém

 Không áp cho đất ô nhiễm kim loại nặng

 Cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá hoại

 Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp

 Đặc biệt quá trình đốt có thể gây ô nhiễm môi trường nếu các biện pháp kiểm soátquá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo

2.6.Hiệu quả quá trình đốt

2.6.1.Hiệu quả phân hủy(DRE: destruction and removal efficiency)

Là khả năng phân hủy một chất hữu cơ nguy hại khó phân hủy nhất trong một hỗn hợp chất thải

DRE= (W đầu vào – W đầu ra )* 100/ W đầu vào

Hiệu quả đốt CE phải đạt trên 99.9%

Chế độ đo khí thải: sau khi nạp rác vào 5 phút , đo cho đến khi kết thúc mẻ

Kết quả tính toán hiệu quả cháy của một số lò đốt như sau:

Bảng 2.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty FORMOSA

Bảng 3.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp DNTN Thái Tuấn

16

Bảng 4.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty AVENTOS(lò nhập)

Bảng 5.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty SYNGENTA(lò nhập)

Một số chất thải không được xử lý bằng phương pháp thiêu đốt là các chất thải phóng

xạ, chất thải dễ gây nổ…

Phương pháp nhiệt được sử dụng để xử lý chất thải mà không thể chôn lấp được Bùnkhô và chất thải rắn nguy hại là nguyên liệu cho các quá trình đốt trong lò đốt

a Chất thải nhiễm dầu

Cùng với sự phát triển của ngành dấu khí trong những năm qua, chất thải nhiễm dầucũng tăng nhanh, đây là các chất thải nguy hại đòi hỏi phải có biện pháp xử lý thích hợp.nguồn gốc chất thải nhiễm dầu có thể kể đến:

 Từ hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí

 Từ các kho cảng xăng dầu

 Từ hoạt động vệ sinh súc rửa tàu dầu

Trước đây, Công ty Sông Thu tại Đà Nẵng đã thiết kế và xây dựng hệ thống là đốt xử

lý cặn dầu từ hoạt động vệ sinh súc rửa tàu dầu công suất 700 tấn/tháng Lò đốt gồm 2buồng đốt sơ cấp (nhiệt độ đạt 7000C) và thứ cấp (nhiệt độ đạt 1.1000C), có hệ thống làmnguội và xử lý khí thải Tuy nhiên, khi đi vào hoạt động, khí thải từ lò đốt không đạt tiêuchuẩn môi trường, đồng thời hiệu suất đốt không đạt tiêu chuẩn thiết kế

Nhà máy xử lý chất thải Công ty TNHH SX-TM-DV Môi trường Việt Xanh có địachỉ tại Lô N1, đường N8, khu công nghiệp Nam Tân Uyên, Bình Dương được đánh giá là

“một trong những nhà máy xử lý chất thải công nghiệp, rác thải nguy hại hiện đại và lớnnhất Việt Nam hiện nay” (Trích lời nhận xét của Tiến sĩ Nguyễn Trung Việt, chủ tịch hộiđồng nghiệm thu cấp phép xử lý chất thải nguy hại - Cục Môi trường Việt Nam)

Diện tích mặt bằng nhà máy: 12.000 m2

Hệ thống quản lý môi trường của nhà máy: đạt tiêu chuẩn ISO 14001:2004

Hệ thống xử lý chất thải nhiễm dầu của nhà máy bao gồm các thông số sau:

 Lò đốt chất thải 2 cấp:tiêu hủy cặn dầu, chất thải nhiễm dầu.

 Công nghệ lò đốt : Công hòa liên bang Đức

 Nhiệt độ tiêu hủy chất thải : trên 1.3000C

 Công suất tiêu hủy chất thải : 24 tấn/ ngày

Đi kèm với lò đốt là các hệ thống phụ trợ bao gồm hệ thống xử lý khói và thu hồibụi,… đảm bảo khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam

Hệ thống xử lý của công ty TNHH Sông Xanh Vũng Tàu bao gồm: Hệ thống xử lý

và tận dụng cặn dầu (Chất thải rắn, lỏng, cặn dầu) công suất 06tấn/ Ngày , Lò đốt chất thảirắn, lỏng nhiệt độ tối đa 12000C, công suất 0.5khối/1h , Lò đốt rác hữu cơ công suất 20khối/ngày(2cái) Hệ thống xử lý chất thải nhiễm dầu, hệ thống lò đốt thùng quay CS750kg/h

b Chất thải nhiễm các chất độc hại như thuốc BVTV

Phương pháp được xử dụng để xử lý các thuốc bảo vệ thực vật vô cơ thành các chất

vô cơ không độc hại như: CO2, H2O và Cl…Đây thường là biện pháp cuối cùng khi khôngcòn cách tiêu hủy nào khác hữu hiệu và triệt để đối với thuốc bảo vệ thực vật có độc tìnhcao, quá bền vững

18

Bản chất của phương pháp là oxy hóa thuốc bảo vệ thực vật bằng oxy không khí ởnhiệt độ cao.

Phương pháp này có ưu điểm là xử lý được triệt để các thuốc bảo vệ thực vật còn tồnlưu trong bao bì tạo thành các chât vô cơ không độc hại

Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao, nhiệt độ tiêu hủy trên 1600oC, cần

đủ oxy và thời gian tiếp xúc, thời gian lưu trữ tới thiểu là 2 giây, cần có sự tham gia của chấtxúc tác

Với các bao bì chứa thuốc bảo vệ thực vật dạng vô cơ, có chứa thủy ngân (Hg ) vàcác kim loại nặng, phương pháp này không được áp dụng bởi hiệu suất xử lý thấp

Các lò đốt sử dụng trong phương pháp này là các lò nung xi măng hoặc lò đốt đặcbiệt Hiện tại đối với điều kiện Việt Nam, việc xây dựng các lò đốt cố định đạt tiêu chuẩn vàcác yêu cầu kỹ thuật là rất khó khăn

Cục bảo vệ môi trường (Bộ môi trường ) đã kết hợp với Trung Tâm Công Nghệ MôiTrường ( Bộ Quốc Phòng ) thử nghiệm áp dụng công nghệ tiêu hủy chất bảo vệ thực vất tồnđọng bằng phương pháp thiêu đốt trên hệ thống lò hai cấp công nghệ này là sự kết hợp của

3 phương pháp, đấu tiên là phương pháp hóa học nhầm làm giảm tối đa độc tính của thuốcbảo vệ thực vật tiếp đó là xử lý nhiệt để tiêu hủy hoàn toàn các yếu tố độc hại và thu nhỏthể tích1h các chất gấy ô nhiễm, và cuối cùng là bê tông hóa các hóa cất còn lại

Hình 10 Mô hình tiêu hủy thuốc bảo vệ thực vật