Bài giảng công nghệ môi trường chương 5 GS TS đặng kim chi

Đặc trưng của chất thải rắn * Đặc trưng vật lý: khối lượng riêng, kích thước, phân bố hạt theo kích thước… * Đặc trưng hóa học: thành phần hữu cơ dễ bay hơi, hàm lượng C còn lại sau khi

RẮN và CHẤT THẢI NGUY HẠI

I Chất thải rắn (CTR)

1 Định nghĩa: Tất cả phần vật chất dạng rắn bị loại trong hoạt động kinh tế xã hội,

đời sống sản xuẩt, thường dùng

2 Phân loại

a Theo nguồn gốc

- CRT sinh hoạt trong quá trình sản xuất của con người : rau, củ, quả, bao bì,

nilon, than xỉ, chai lọ, nhưạ, giấy (chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy  ít chất thải nguy hại)

- CTR công nghiệp là CTR phát sinh trong quá trình sản xuầt: phức tạp, độc hại

- Chất thải dịch vụ, thương mại: có trong quá trình sinh hoạt, sản xuất

- Chất thải nông nghiệp: bao bì, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, lông, phân gia súc, trấu, tro…

- Chất thải y tế: bông băng, kim tiêm, máu, cơ thể người, thuốc có hại, bao bì…

- Chất thải đô thị

- Chất thải nông thôn…

b Phân theo tính chất

- CTR nguy hại: là chất thải

+ Có thể cháy, nổ, ăn mòn

+ Độc hại đến sinh vật sống

+ Có khả năng gây bệnh lan nhiễm

Tác động có hại tới môi trường sống, sức khoẻ, con người

- Chất thải không nguy hại: những chất thải còn lại

* Chất thải bệnh viện:

+ Chất thải không nguy hại: rác sinh hoạt, chất thải văn phòng, nhà ăn…

+ Chất thải nguy hại: bông băng, bệnh phẩm, thuốc…

c Phân loại theo thành phần hóa học

- Chất thải hữu cơ: thức ăn, dầu mỡ, dầu sinh học, bao gói, là cây…

+ Chất thải hữu cơ dễ phân hủy ==> sản xuất phân compost

+ Chất thải hữu cơ khó phân hủy: nhựa, dầu mỡ… ==> xử lý đặc biệt

- Chất thải vô cơ: vật liệu xây dựng, gạch, sỏi, thủy tinh…

- Chất thải cháy được: gỗ, dầu, nhựa, bao bì (giấy, gỗ, nhựa), vải, đồ da, cao su…

- Chất thải không cháy được: gạch, sắt, cát, thủy tinh, đồ hộp…

- Hỗn hợp chất thải cháy được và không cháy được: đá cuội, đất cát, đá, bao bì dính dầu mỡ…

e Phân loại theo trạng thái

- Chất thải rắn cứng: sắt, thép, bao bì, nhựa cứng, bê tông…

-Chất thải mềm: dầu mỡ đặc, bùn thải, nhựa dẻo…

3 Đặc trưng của chất thải rắn

* Đặc trưng vật lý: khối lượng riêng, kích thước, phân bố hạt theo kích thước…

* Đặc trưng hóa học: thành phần hữu cơ dễ bay hơi, hàm lượng C còn lại sau khi cháy, hàm lượng các chất gây ô nhiễm, nhiệt trị, hàm lượng các chất dinh

dưỡng…

* Đặc trưng sinh học: khả năng phân hủy sinh học, đặc trưng bởi chỉ số BF

BF = 0,83 – 0,028 LC (trong đó: LC là thành phần Lignin trong chất thải rắn; chất thải rắn có LC càng cao, BF càng bé)

Ô nhiễm nước ngầm

Ô nhiễm thực phẩm

Ô nhiễm nước mặt

Ô nhiễm thực phẩm

Ô nhiễm thực phẩm

Suy giảm hô hấp

Ô nhiễm

do tiếp xúc

Suy giảm chất lượng môi

trường

Suy giảm sức khỏe

1 Nguyên tắc

Nguồn: Hộ gia đình Dịch vụ thương mại Cơ quan, trường học Bệnh viện Cơ sở sản xuất

Chất thải rắn Thu gom Phân loại

Chất thải nguy hại Chất thải không nguy hại

Tái sử dụng Tái chế Chế biến

phân vi sinh

Phân loại

Xử lý

Phương pháp hóa, cơ, lý

Phương pháp đốt

Chôn lấp

2 Các phương pháp xử lý

* Phương pháp cơ học:

- Giảm kích thước chất thải rắn: mục đích làm giảm thể tích vận chuyển, dễ xử lý

ở công đoạn sau (làm phân, phủ bề mặt…)

+ Thiết bị sử dụng: búa (búa máy), dao, kéo, máy nghiền…

- Phân loại chất thải rắn theo kích thước (trước và sau khi nghiền rác)

+ Mục đích: loại bỏ vật thể lớn có thể cản trở quá trình xử lý tiếp theo

+ Thiết bị: sàng rung (tách kim loại và thủy tinh kích thước lớn), sàng chống quay (thổi khí vào tách nylon và nhựa)

- Phân loại theo khối lượng: Tách các chất thải rắn từ quy trình nghiền có khối

lượng nhẹ (giấy, nhựa, chất hữu cơ), kim loại nặng (gỗ, vật liệu vô cơ)

+ Thiết bị: bộ thổi khí từ dưới lên, vật có khối lượng nhẹ theo khí đi ra còn giữ lại vật có kim loại nặng

- Phân loại theo điện trường, từ tính

+ Mục đích: Tách chất thải rắn vô cơ có từ tính khỏi chất thải rắn hữu cơ

* Phương pháp hóa lý:

- Phương pháp tạo hạt bằng nhiệt độ cao từ chất thải rắn

+ Mục đích: chuyển chất thải rắn (bụi sắt, xỉ, vụn nguyên liệu, luyện kim, bụi, phế liệu chứa sắt được tạo thành hạt ở nhiệt độ 1.000 0C – 1.600 0C để đem đi phân loại, tái sử dụng một phần

- Phương pháp tạo khối từ nhiệt độ cao: Đóng khối các phế thải từ quá trình khai

thác mỏ, thạch cao, chất thải ngành sản xuất xi măng

+ Thiết bị: thiết bị cán, ép… được sử dụng trong các lớp tầng sôi ở nhiệt độ cao,

áp suất cao, có thể bổ sung chất liên kết để tăng khả năng kết dính

- Phương pháp tuyển chất thải

+ Mục đích: Thu hồi những kim loại có ích trong chất thải rắn công nghiệp

 Tuyển nổi: phân loại chất thải rắn có khối lượng riêng khác nhau Độ lớn của chất thải rắn được tuyển không vượt quá 0,5 mm

 Tuyển điện, tuyển từ

- Phương pháp trích ly: sử dụng khả năng hòa tan khác nhau của chất thải rắn

trong dung môi (nước) để phân loại, lựa chọn các thành phần có ích

+ Thiết bị: Thiết bị trích ly hòa tan, phân tầng, phân lớp đơn giản, thiết bị trích lý hòa tan có chất hóa học trợ giúp quá trình phân lớp

- Phương pháp kết tinh: tách chất thải rắn ở dạng tinh thể từ một dung dịch bão

hòa hoặc từ dạng nóng chảy

+ Kết tinh nhờ trợ giúp của các chất hóa học

+ Kết tinh nhờ cách làm lạnh, đun nóng dung dịch

+ Kết tinh nhờ chân không, sự bay hơi

- Phương pháp ôxy hóa khử: Sử dụng hóa chất có tính ôxy hóa

Hoặc khử để chuyển chất thải rắn sang dạng dễ xử lý, không độc hại

* Phương pháp nhiệt trong xử lý chất thải rắn

 Giảm đáng kể thể tích chất thải rắn đem chôn

 Nhiệt sinh ra có thể dùng để sản xuất hơi nước, để sưởi

 Có thể dùng để xử lý đối với chất thải nguy hại và chất thải truyền nhiễm

+ Nhược điểm:

 Chỉ xử lý được chất thải rắn hữu cơ có nhiệt trị cao

 Tốn nhiên liệu (để nâng nhiệt độ cháy lên đến 800 0C)

 Sinh ra khí thải cần xử lý (SO2, NOx, CO, HC, Dioxin…) đòi hỏi xử lý tiếp theo

 Thiết bị đốt phức tạp, đỏi hỏi đầu tư nhiều, giá thành xử lý cao

+ Thiết bị có vỉ lăn (là loại thiết bị tĩnh có thể điều chỉnh được)

 Cấu tạo: trục xếp nhiều lớp, giảm dần theo độ cao Các trục được điều chỉnhhướng, tốc độ quay trong quá trình cháy Vật liệu cháy được đảo trộn tạo độ rỗngxốp cho quá trình cháy đốt Thiết bị này thích hợp cho quá trình cháy, năng suấtvừa, nhỏ Ngoài ra có một số lò đốt công nghiệp khác

( Hình vẽ thiết bị có vỉ lăn)

+ Lò tầng: Gồm nhiều tầng, chia làm 3 vùng: vùng sấy, vùng đốt, vùng làm sạchVùng sấy: tách hơi nước khỏi chất thải rắn

Vùng cháy: đốt chất thải rắn

Vùng làm sạch: Chỉ còn CO2

Chất thải rắn đi từ trên xuống, lần lượt qua 3 vùng Không khí nóng được vận chuyển từ dưới lên Chất thải đốt chuyển xuống tầng dưới Trục quay ở giữa có chức năng gạt chất thải xuống Lò tầng thích hợp để xử lý những loại bã thải có

độ ẩm cao, bùn thải, mùn rác

(hình vẽ)

+ Lò tầng sôi đốt chất thải rắn

 Ưu điểm: khả năng tiếp xúc với oxy rất tốt, quá trình cháy triệt để, nhiệt độ sinh

ra lớn, tổn thất nhiệt ít, có hệ thống dẫn nhiệt đi sản xuất hơi quá nhiệt

 Nhược điểm: hàm lượng bụi trong khí thải cao

Thích hợp để xử lý chất thải rắn mịn, lỏng, bùn

+ Lò quay: thường quay nghiêng 3 - 50

(hình vẽ)

Gồm 2 phần: Buống đốt CTR (đốt chất thải rắn cháy thành khí); buồng cháy

(cháy tiếp khí sinh ra trong quá trình đốt) Xỉ thoát ra ở phía dưới và được làm lạnh

Buồng đốt quay giúp trộn chất thải rắn, tạo điều kiện để tiếp xúc tốt với quá trình cháy

Tốc độ quay: 1 vòng/ 1 phút

Chế độ làm việc liên tục, năng suất lớn, nhiệt độ cháy cao

Chú ý: Yêu cầu về lò đốt:

 Cung cấp đủ oxy cho quá trình cháy

 Đảm bảo thời gian lưu để cháy hoàn toàn

 Đảm bảo nhiệt độ cháy > 10500C (loại bỏ khả năng sinh dioxin)

 Trộn lẫn tốt chất thải rắn và không khí

II Công nghệ xử lý chất thải rắn

1 Công nghệ thiêu đốt chất thải rắn

a Sơ đồ

- Chất thải phải đảm bảo các thông số về tính chất vật lý, hóa học (độ ẩm, nhiệt trị, khối lượng riêng, kích thước hạt…)

- Thành phần chất thải: C, S, P, H…

- Lượng tro tạo thành

- Phương thức nạp liệu (gián đoạn hay liên tục)

- Lượng nhiên liệu cần bổ sung

- Lượng không khí cần cấp

- Nhiệt độ ban đầu cần nâng khi đưa chất thải rắn vào

- Phương thức nạp chất thải cơ cấu quay, băng tải, vít tải, vòi phun, quay

- Nạp chất thải cần đảm bảo đủ oxy, nhiên liệu cho quá trình cháy

* Hệ thống xử lý khói:

- Xử lý bụi bằng cyclon, phòng lắng

- Xử lý SO2 và các khí axit bằng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch kiềm

- Xử lý NOx bằng phương pháp khử chọn lọc có xúc tác

- Xử lý hơi kim loại bằng phương pháp hấp phụ

- Xử lý dioxin, furan bằng kiểm soát quá trình cháy

* Thu hồi nhiệt để sản xuất hơi nước, giảm nhiệt độ khói lò

- Chuyển CT về trạng thái trơ

- Khử độc cho các chất thải nguy hại

- Giảm thể tích và lượng chôn lấp

- Thu hồi nhiệt lượng

• Phân loại theo tính chất chất thải rắn:

- Lò đốt chất thải sinh hoạt

- Lò đốt chất thải y tế

- Lò đốt chất thải công nghiệp

• Phân loại theo cấu tạo hoạt động:

- Lò tĩnh: loại đứng hoặc nằm có ghi

- Lò thùng quay

- Lò tầng sôi

- Lò kiểu đĩa quay

Hình 2.18 Sơ đồ cấu tạo lò đốt rác kiểu tĩnh loại đứng có ghi

Phễu tiếp liệu

7 Bệ đỡ 8 Buồng đốt sau 9 Băng tải tro 10 Thùng chứa tro

Hình 2.19 Sơ đồ lò đốt rác kiểu thùng quay.

22 23Bùn lắng

1 Phễu, hốc nạp chất thải 2 Xi lanh đẩy chất thải 3 Ghi lò 4 Xi lanh đẩy tro 5 Buồng sơ cấp

6 Buồng thứ cấp 7 Ghi lật lấy xỉ ra 8 Phễu chứa tro xỉ 9 Băng tải tro xỉ 10 Thùng chứa tro xỉ 11; 12 Vòi phun dầu 13 ống thoát khói ra 14 Thiết bị trao đổi nhiệt 15 ống xoắn ruột gà 16 Xyclon

17 Tháp hấp thụ axít 18 T bị phân phối khí 19 Vòi phun 20 T bị khử mù 21 Bể lắng

22 Bơm dung dịch 23 Quạt hút 24 ống khói

Hình 2.20 Sơ đồ dây chuyền CN một HTXL CTR bằng PP đốt

2 Công nghệ chôn lấp chất thải rắn

- Là phương pháp xử lý cuối cùng đối với chất thải rắn, chất thải nguy hại

- Là phương pháp phổ biến nhất, đơn giản, kinh tế hơn các phương pháp khác, cóthể được chấp nhận về mặt môi trường Thích hợp đối với xử lý chất thải khó phânhủy (cao su, nhựa, thủy tinh, phóng xạ, chất thải không cháy được)

- 2 phương pháp chôn lấp CTR: Phương pháp chôn hở và Phương pháp chôn kín

a Phương pháp chôn hở:

- Chất thải được đổ xuống hố nhân tạo hoặc tự nhiên Phương pháp này đơn giản,

cổ điển, không phải đầu tư xây dựng nhiều tuy nhiên dễ gây ô nhiễm môi trường

- Các hố chôn hở thường có diện tích 1 ha và sâu 10m

- Sau 1 năm chôn chất thải rắn sinh hoạt, lượng chất trong nước ngầm ở khu vựclân cận cách 1km có hàm lượng các chất như sau:

Cl- : 2.110 kg/năm

N hữu cơ: 661 kg/năm

P2O5 : 5 kg/năm

K+, Na+, Ca2+ tăng

Là phương pháp hợp vệ sinh, đúng kỹ thuật môi trường, khắc phục được nhữngnhược điểm của phương pháp chôn hở.

Yêu cầu:

- Lựa chọn vùng đất chôn

- Đảm bảo xa vùng nước bề mặt

- ít nước ngầm, không ảnh hưởng đến diễn tích trồng trọt, được cộng đồng đồng ý

- Đáy và hai bên thành hố chôn phải được bịt kín ngăn không cho thấm nước hoặctiếp xúc với nguồn nước

- Có thệ thống dẫn nước mưa, bề mặt

- Chất thải rắn được chôn nên có sự đồng đều về thành phần, tạo thành từng lớpmỏng

- Sử dụng chất vô cơ có khả năng hấp thụ trong chất thải để tạo lớp ngăn

- Chất thải rắn phải được nén giảm thể tích trước khi chôn, phủ kín hố chôn bằnglớp đất và lớp vật liệu trơ

- Bố trí ống phun nước rác, ống thu khí bãi rác

(hình vẽ hố chôn rác)

1 Khái niệm chất thải nguy hại (CTNH)

* Định nghĩa: CTNH là chất thải chứa 1 trong các đặc tính:

b Gây ngộ độc cho người, động vật: là chất khi vào cơ thể sống một lượng nhỏ

cũng ảnh hưởng tới sự phát triển và tồn tại của cơ thể đó Ví dụ: thủy ngân, Cadimi, crom…

c Dễ ăn mòn: là các chất có tính axit, kiềm, phá hủy bề mặt của vật liệu

d Dễ lây nhiễm: là các chất thải chứa vi khuẩn, vi trùng gây bệnh Ví dụ: chất thải bệnh viện: máu, bông băng, bộ phận cơ thể, bao bì thuốc trừ sâu…

đó Nhiều khi tính chất nguy hại của chất thải chỉ thể hiện trong một điều kiện môitrường nhất định như nhiệt độ, áp suất, pH…

* Phân loại:

- Theo mức độ nguy hại

+ CTNH nhóm A (cực độ): Nếu đi vào cơ thể người LD50 mg/ cơ thể < 5

* Sự khác nhau giữa CTNH và chất thải không nguy hại:

Kim loại và hợp chất kim

loại

Bùn do quá trình điện phân (chứa kim loại nặng)

Phoi sắt, rỉ sắt, xỉ lò luyện kim

vòng (dễ gây ung tư), dioxin, furan, dầu mỡ cặn, cặn sơn…

Thức ăn thừa, chất thải nhà bếp

Chất thải hốn hợp (Vô cơ

2 Giảm thiểu phát sinh và xử lý CTNH

a Giảm thiểu phá sinh CTNH:

- Áp dụng sản xuất sạch hơn

- Phân loại và thu gom CTNH ngay tại nguồn để tránh sự trộn lẫn CTNH với các chất thải khác

- Tái sử dụng CTNH, dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất khác

- Tái chế và thu hồi CTNH

Bồn chứa

Thiết bị chưng cất

Thiết bị ngưng tụ (hóa lỏng)

Chôn lấp (thiêu đốt)

Dầu tái chế

Tiêu thụ

Đóng gói Khí

Bùn đỏ là cặn của của nhà máy làm phèn, là phần bã rắn không tan, có thành phần 40-50% oxit sắt, nhôm

Bùn đỏ (Chất thải của sản xuất nhôm từ quặng boxit)

Cặn

Chôn lấp

Cố gắng xử lý tại nguồn phát sinh, hệ chế vận chuyển Cố gắng xử lý gần nguồn phát sinh hoặc phải có kho lưu giữ CTNH, thùng chứa đặc biệt.

Hợp đồng chặt chẽ với cơ sở xử lý đảm bảo

* Phương pháp thiêu đốt (là phương pháp tốt nhất)

Thích hợp với chất thải có khả năng lây nhiễm, dễ cháy, gây độc…

- Yêu cầu: CTNH có khả năng cháy (khả năng oxy hóa ở nhiệt độ cao) như dầu cặn, cao su, nhựa, dung môi hữu cơ…

+ Lò tĩnh: Lò đứng làm việc gián đoạn hoặc liên tục (thích hợp với CTR y tế)

+ Lò động: Lò quay Đốt lẫn với xi măng hoặc đốt riêng biệt (thường đốt cả bao bì, thùng chứa)

- Ưu điểm: Giảm khối lượng CTNH đến 90 - 95%

Một số CTNH sau khi đốt ở dạng cố định (trơ, rắn) phải chôn lấp

- Nhược điểm: Tốn nhiệt độ; quá trình vận hành phức tạp; chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao; cần phải xử lý khí sau khi đốt

c Phương pháp hóa lý

* Nguyên tắc: làm thay đổi, giảm tính chất nguy hại của chất thải

* Một số phương pháp

- Phương pháp trích ly: tách cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ hòa tan chọn lọc Do

đó, tách và thu hồi được chất hữu cơ có lẫn trong chất thải như dầu mỡ, hóa chất bảo vệ thực vật

- Phương pháp chưng cất: tách hỗn hợp chất thải nguy hại bay hơi thành những cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sở độ bay hơi khác nhau ở nhiệt độ sôi khác nhau của mỗi cấu tử trong hỗn hợp đó

- Phương pháp kết tủa: Dựa vào phản ứng với 1 chất hóa học được lựa chọn để chuyển CTNH thành sản phẩm kết tủa sau đó lắng và tách ra khỏi hỗn hợp Ứng dụng: tách kim loại nặng ra khỏi chất thải lỏng dưới dạng hydroxit kết tủa

Dùng tác nhân oxy hóa khử để chuyển CTNH thành chất ít độc hoặc không độc như O3, H2O2, Cl2, KCr2O7 (chất oxy hóa mạnh), Na2S2O4, NaHSO3 (chất khử mạnh)

Ứng dụng: phân hủy phenol, CN-, thuốc bảo vệ thực vật, Cr6+ thành chất ít độc

* Phương pháp cố dịnh và hóa rắn:

- Cố dịnh là quá trình thêm những chất khác vào chất thải để thay đổi tính chất vật lý, giảm độ hòa tan, giảm khả năng lan truyền những cấu tử nguy hại vào môi trường, thường áp dụng cho những chất thải không thể đốt

- Hóa rắn: chuyển chất thải sang dạng rắn: các chất phụ gia có tác dụng làm tăng sức bền, giảm độ nén, giảm độ thẩm thấu Áp dụng để xử lý đất ô nhiễm, nước thải công nghiệp

- Yêu cầu của phương pháp này: CTNH được cố định, đóng rắn ở dạng viên để

an toàn khi chôn lấp Vật liệu đóng rắn, các chất vô cơ có tác dụng ổn định kết cấu (xi măng)