Đồ án kiểm soát ô nhiễm không khí XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP

Chất thải công nghiệp là các chất thải phát sinh từ các hoạt động sản xuất, các sản phẩm phế thải của các hoạt động công nghiệp trong các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp tập trung

Đồ án môn học Trang 1

Phần 1:

TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP, CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP

1.1. Chất thải công nghiệp

1.1.1 Khái niệm

Chất thải công nghiệp là các chất thải phát sinh từ các hoạt động sản xuất, các sản phẩm phế thải của các hoạt động công nghiệp trong các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp tập trung

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh chất thải công nghiệp

Chất thải công nghiệp đa dạng về thành phần, kích thước, không tập trung, đa nguồn gốc Tùy từng các ngành công nghiệp khác nhau mà có lượng chất thải, thành phần chất thải khác nhau Ví dụ:

Ngành công nghiệp hóa chất: chất thải là các cặn bã hóa chất, chai lọ vỡ, bùn cặn, bao bì

Ngành công nghiệp sợi – dệt – nhuộm: chất thải là các vụn sợi, vỏ thuốc nhuộm, chai, lọ hóa chất

Công nghiệp đồ uống, bánh kẹo, thuốc lá: chất thải chủ yếu là men, bã, chất hữu cơ, sợi thuốc lá

Công nghệ sản xuất văn hóa phẩm: chất thải là phim nhựa tráng hỏng, các loại thuốc ảnh, thuốc màu, các giấy ảnh

Ngành sản xuất thủy tinh: rác chủ yếu là mảnh vỡ thủy tinh, các chai lọ phế phẩm bao bì

Ngành chế biến gỗ: chất thải rắn bao gồm vụn gỗ, mạt cưa, dăm bào, đầu mẩu Ngành cơ khí - luyện kim: chất thải chủ yếu là các kim loại phế thải, vụn sắt, sắt thải phế liệu, phôi sắt vụn, xỉ kim loại

Nhựa plastic: nhựa chế phẩm, bao bì nilong [1]

Theo điều tra về “ Nghiên cứu hiện trạng và đề xuất các biện pháp quản lý chất thải rắn nguy hại phát sinh từ cơ sở sản xuất công nghiệp trên địa bàn huyện Đức Hòa, Long An” của Đàm Nguyễn Hoài An và Nguyễn Xuân Trường đã chỉ ra tỉ lệ phát

sinh chất thải rắn nguy hại (CTRNH) của tất cả các ngành nghề.[2]

Hình 1.1: Biểu đồ tỉ lệ phát sinh chất thải rắn nguy hại theo ngành nghề

Từ biều đồ cho thấy ngành cơ khí gia công chế tạo kim loại có tỉ lệ phát sinh chất thải rắn (CTR) là cao nhất chiếm 35% Tiếp đến là các ngành chế biến da, nhuộm, dệt may 13%, ngành sản xuất nhựa bao bì 12% Thấp nhất là các ngành chế biến gỗ, giấy, bột giấy và ngành sản xuất sản phẩm che phủ, sơn và mực in

1.1.3 Phân loại chất thải công nghiệp

Muốn xử lý chất thải hiệu quả để tái chế hay tiêu hủy, chất thải cần được phân loại Có nhiều cách phân loại khác nhau: phân loại theo thành phần: thủy tinh, giấy, thép, chất độc ; phân loại theo trạng thái vật lý hay theo pha: lỏng, khí, rắn; phân loại theo mức độ rủi ro: độc hại, nguy hại hay không nguy hại; phân loại theo thứ bậc quản lý: giảm thải, tái sử dụng, tái chế, thu hồi hay phục hồi.[3]

Thông thường người ta hay phân loại thành chất thải công nghiệp không nguy hại

và chất thải công nghiệp nguy hại Chất thải công nghiệp không nguy hại là những loại chất thải không chứa các chất có một trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc tương tác thành phần Trong số các chất thải đó chỉ có một tỉ lệ rất nhỏ có thể sơ chế dùng ngay trong sản xuất và tiêu dùng, còn phần lớn phải hủy bỏ hoặc phải qua một quá trình chế biến phức tạp, qua nhiều khâu mới có thể sử dụng lại nhằm đáp ứng nhu cầu khác nhau của con người Lượng chất thải tăng lên là do sự gia tăng dân số, sự phát triển về trình độ và tính chất của tiêu dùng trong xã hội.Chất thải công nghiệp nguy hại

có độc tính cao, tác động xấu đến sức khỏe, do đó việc xử lý chúng phải có những giải pháp kĩ thuật để khống chế tác động độc hại đó

Đồ án môn học Trang 3

Theo số liệu thống kê của 4 thành phố lớn (Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng và TP HCM), tổng lượng chất thải rắn công nghiệp chiếm 15 -26% của chất thải rắn thành phố Trong chất thải rắn công nghiệp có khoảng 35 – 41% mang tính nguy hại Thành phần chất thải công nghiệp rất phức tạp, tùy thuộc vào nguyên liệu sản xuất, sản phẩm tạo thành của từng công nghệ và các dịch vụ có liên quan

Lượng chất thải nguy hại tạo thành hàng ngày từ các hoạt động công nghiệp năm

1997 ước tính khoảng 1.930 tấn/ngày ( chiếm 19% chất thải rắn công nghiệp) Con số này tăng tới 2.200 tấn/ngày vào năm 1998 và lên tới 2.574 tấn/ngày vào năm 1999.[4]

Lượng chất thải rắn phát sinh của một số ngành công nghiệp điển hình của một

số thành phố năm 1998 được trình bày ở bảng 1.1:

Bảng 1.1: Lượng chất thải rắn nguy hại phát sinh tại một số tỉnh, TP (tấn/năm)

Tỉnh/Thành

điện, điện tử

Công nghiệp

cơ khí

Công nghiệp hóa chất

Công nghiệp nhẹ

Công nghiệp chế biến thực phẩm

Các ngành khác

Tổng cộng

Hà Nội

Hải Phòng

Quảng Ninh

Đà nẵng

Quảng Nam

Quảng Ngãi

TP.HCM

Đồng Nai

Bà Rịa – Vũng

Tàu

Tổng cộng

1.801 58 -27 50 -1.936

5.005 558 15 1.622 1.544 -7.506 3.330 879 20.469

7.333 3.300 -73 -5.571 1.029 635 17.941

2.242 270 -32 -10 25.002 28.614 91 56.261

87 51 -36 10 36 2.026 200 128 2.574

1.640 420 -170 219 40 6.040 1.661 97 10.287

10.108 4.657 15 1.933 1.783 86 46.172 34.884 1.830 109.468

Nguồn cục môi trường 1999

Từ bảng trên cho thấy 3 khu vực có lượng chất thải rắn phát sinh lớn nhất là Hà Nội, TP.HCM và Đồng Nai Trong đó TP.HCM có tổng số lớn nhất đạt 46.172 tấn/năm, chiếm 41,18% Đồng Nai lượng chất thải phát sinh 34.884 tấn/năm, chiếm 31,87% Hà Nội lượng chất thải đạt 10.108 tấn/năm, chiếm 9,23% Lượng chất thải phát sinh chủ

yếu là các ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp hóa chất và công nghiệp cơ khí Công nghiệp nhẹ chiếm 51,39% trong tổng số các ngành công nghiệp Công nghiệp cơ khí chiếm 18,7%, công nghiệp hóa chất chiếm 16,39%

1.1.4 Ảnh hưởng của chất thải công nghiệp

1.1.4.1 Ảnh hưởng tới môi trường

Gây ô nhiễm môi trường không khí

Hình 1.2: Ô nhiễm không khí từ các lò đốt chất thải công nghiệp

Chất thải công nghiệp đặc biệt là chất thải ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, có thành phần hữu cơ chiếm chủ yếu Dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm và các

vi sinh vật, CTR phân hủy và sinh ra các khí (CH4 - 63,8%, CO2 – 33,6%, và một số khí khác) Khối lượng khí phát sinh từ các bãi rác chịu ảnh hưởng đáng kể của nhiệt độ không khí hay thay đổi theo mùa Lượng khí phát thải tăng khi nhiệt độ tăng, lượng khí phát thải trong mùa hè cao hơn so với mùa đông Các khí phát sinh từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong CTR gây ra các mùi hôi, thối khó chịu Bên cạnh hoạt động chôn lấp CTR, việc xử lý CTR bằng biện pháp tiêu hủy cũng góp phần đáng kể gây ô nhiễm môi trường không khí Việc đốt rác sẽ làm phát sinh khói, tro bụi và các mùi khó chịu.[5]

Gây ô nhiễm môi trường nước

Đồ án môn học Trang 5

Hình 1.3: Ô nhiễm nguồn nước từ rác thải công nghiệp

Chất thải công nghiệp không được thu gom, thải vào kênh, rạch, sông, hồ, ao gây

ô nhiễm môi trường nước, làm tắc nghẽn đường nước lưu thông, giảm DO trong nước CTR phân hủy và các chất ô nhiễm khác biến đổi màu của nước thành màu đen, có mùi khó chịu Tại các bãi chôn lấp chất thải, nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao (chất hữu cơ: do khu chế biến thực phẩm ; chất thải độc hại: từ bao bì đựng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ) Nếu không được thu gom xử lý sẽ xâm nhập vào nguồn nước gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng

Gây ô nhiễm môi trường đất

Hình 1 4: Chất thải công nghiệp gây ô nhiễm môi trường đất

Các chất thải được tích lũy dưới đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng đối với môi trường Chất thải kim loại nặng như chì, kẽm, đồng thường có nhiều ở các khu công nghiệp luyện kim, cơ khí Các kim loại này tích lũy trong đất và thâm nhập vào cơ thể theo chuỗi thức ăn và nước uống ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và sinh vật

1.1.4.2 Ảnh hưởng tới sức khỏe

Môi trường bị ô nhiễm khiến cho sức khỏe con người không được đảm bảo Hai chất được liệt vào loại cực kì nguy hiểm là kim loại nặng và chất hữu cơ bền Các chất này có khả năng tích lũy sinh học trong nông sản, thực phẩm cũng như trong mô tế bào động vật, nguồn nước và bền vững trong môi trường gây ra hàng loạt các bệnh nguy hiểm đối với con người như: vô sinh, quái thai, dị tật bẩm sinh; tác động lên hệ miễn dịch gây ra các bệnh tim mạch, tê liệt thần kinh, giảm khả năng trao đổi chất trong máu, ung thư và có thể di chứng bệnh tật sang thế hệ thứ 3

Theo kết quả điều tra, đánh giá sức khỏe môi trường tại công ty CP SECPENTIN

& phân bón Thanh Hóa và công ty CP cơ khí luyện kim Thái Nguyên của ThS Nguyễn Trinh Hương, KS Trần Thanh Thuỷ và CS Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động chỉ ra tỉ lệ mắc bệnh của người lao động trong khu công nghiệp.[6]

Ta có biểu đồ sau:

Đồ án môn học Trang 7

Hình 1.5: Biểu đồ tỉ lệ mắc bệnh của người lao động qua kết quả khám lâm sàng

Biểu đồ cho thấy tỷ lệ người lao động bị mắc các bệnh ngày càng tăng Ví dụ, các bệnh về mắt năm 2007 chỉ có 9% người lao động khám bị mắc thì năm 2008 tăng lên 21% và năm 2009 tăng lên 23% Hoặc các bệnh răng hàm mặt, năm 2007 mới chỉ có 3% số người đến khám bị mắc, nhưng đến năm 2008 tăng gấp hơn 4 lần lên 14% và năm 2009 tăng lên 19% Trong tất cả các bệnh, chỉ có bệnh da liễu có tỷ lệ người bị mắc so với tổng số người đến khám trong năm 2009 giảm so với 2 năm trước, còn lại các bệnh khác năm 2009 đều có tỉ lệ mắc bệnh cao hơn so với hai năm trước

1.2. Tổng quan về lò đốt chất thải công nghiệp

Trước những tác hại, ảnh hưởng nghiêm trọng của chất thải công nghiệp gây ra đối với con người và sinh vật đã có nhiều biện pháp xử lý chất thải công nghiệp như:

- Phương pháp cơ học: bản chất áp dụng các lực cơ học để thay đổi kích thước, thể tích,

độ ẩm và các tích chất vật lý của chất thải

- Phương pháp nhiệt: xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt chính là quá trình biến đổi CTR dưới tác động của nhiệt thành các chất ở thể khí, lỏng, rắn (tro, xỉ) đồng thời có tỏa nhiệt

- Phương pháp sinh học: bản chất của phương pháp chính là quá trình ổn định chuyển hóa sinh hóa các chất hữu cơ để tạo thành các chất mùn hữu cơ có khả năng làm tăng

độ phì nhiêu của đất

- Phương pháp chôn lấp chất thải: thực chất của chôn lấp là quá trình ủ sinh học chất thải rắn đô thị (không phải chỉ chất hữu cơ) trong điều kiện bán hiếu khí hay kị khí [7] Trong đó phương pháp nhiệt với công nghệ đốt chất thải ngày càng được áp dụng rộng rãi nhờ ưu thế có thể giảm được từ 90 – 95% thể tích và khối lượng chất thải, có thể tận dụng nhiệt, tiết kiệm được diện tích, giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi so với biện pháp chôn lấp Công nghệ này được quan tâm ngày càng nhiều tại TP Hồ Chí Minh, nơi có nguồn chất thải rắn, chất thải nguy hại lớn nhất nước Nó là phương pháp

xử lý chất thải cũng đang được quan tâm ở TP Hà Nội

1.2.1. Một số công nghệ đốt chất thải

1.2.1.1. Đốt hở thủ công (Open burning)

Chất thải được đổ vun thành đống trên mặt đất rồi đốt mà không có các thiết bị

hỗ trợ Trong quá trình đốt, chất thải cháy không triệt để làm nồng độ khí thải trong môi trường cao Công nghệ này tiện lợi cho đốt các chất nổ như thuốc nổ TNT, Dynamite Để đốt các loại chất thải có năng lượng cháy nổ cao, người ta còn đốt trong các lò đốt hở nhưng lò được xây hoặc đào sâu xuống đất, lò có thêm các thiết bị phụ trợ để quá trình đốt được an toàn [8]

1.2.1.2. Lò đốt một cấp (Single – chamber incinerator)

Là một trong những kỹ thuật xử lý rác ra đời sớm, cấu tạo của lò đốt một cấp tương đối đơn giản, chủ yếu gồm buồng đốt để đốt hỗn hợp giữa rác thải và vật liệu cháy Buồng đốt được chia làm 2 ngăn: ngăn trên chứa rác cần thiêu huỷ, ngăn dưới để đốt vật liệu cháy nhằm cung cấp và duy trì nhiệt độ đốt, vách giữa 2 ngăn là ghi lò (không có béc đốt hoặc có bộ phận đốt hỗ trợ với béc đốt) Vật liệu xây lò thường là gạch đất nung nên tuổi thọ không cao Quá trình đốt rác của lò thủ công được xem là quy trình hở: nhiệt độ, bụi, khí thải không được kiểm soát và được đưa trực tiếp vào không khí Các công việc như: đưa rác vào lò, cung cấp nguyên liệu cháy, điều khiển quá trình cháy, thu hồi tro thải đều do công nhân đốt lò thực hiện Nguồn nguyên liệu chủ yếu cung cấp nhiệt cho lò là củi gỗ, mùn cưa… Cấu tạo lò đốt một cấp được thể hiện trong hình 1.6:

Đồ án môn học Trang 9

Hình 1.6: Lò đốt một cấp

Do không xử lý tro bụi, khí thải mà lại trực tiếp đưa vào không khí nên loại lò này gây ô nhiễm cho môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người, làm thay đổi môi trường sống theo chiều hướng xấu đi Nhược điểm của lò đốt một cấp

là năng suất thấp, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, cần nhiều nhân công cho một ca làm việc, điều kiện làm việc của công nhân rất nặng nhọc, độc hại, dễ bị các bệnh nghề nghiệp Lò không vận hành liên tục, thời gian nghỉ giữa 2 mẻ đốt lớn Hiệu quả quá trình đốt của lò thấp Tuy vậy, thiết kế và xây dựng lò khá đơn giản, chi phí xây dựng

lò thấp Sử dụng lò đốt thủ công để xử lý rác sẽ không cần nhiều diện tích đất và thời gian như các phương pháp phân huỷ rác nhờ đất

1.2.1.3. Lò đốt nhiều cấp

Là loại lò đốt chất thải dạng bùn đặc (Waste – Sludge Incineration) từ các nhà máy xử lý nước thải, được phát triển sớm từ những năm 1930 Có thể đốt triệt để chất thải và khí thải ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn quy định Cấu tạo lò đốt nhiều cấp được thể hiện trong hình 1.7:

Hình 1.7: Lò đốt nhiều cấp

Được thiết kế gồm những đơn nguyên liên tiếp vòng quanh, cái này ở trên cái kia Thường có từ 5 – 9 đơn nguyên cho một kiểu lò điển hình Với một trục thẳng đứng ở trung tâm của hệ thống Mỗi đơn nguyên sẽ có một cánh khuấy được gắn vào trục trung tâm Sự vận chuyển rác trong hệ thống do có 1 lỗ lớn hình vành khuyên giữa mỗi đơn nguyên và trục trung tâm và được gọi là in-hearths Răng của các cánh khuấy sẽ cào bùn vào trong các in-hearth và hướng về phía tâm của buồng lò, nơi bùn sẽ rơi xuống các cạnh của lớp chịu nhiệt và đi xuống đơn nguyên tiếp theo, out-hearth Out-hearth cho phép bùn thải cào ra tránh về phía tâm của buồng lò Hệ thống cấp khí được thiết kế ở phía dưới của hệ thống Nhiệt độ tối thiểu của lò là 14000F và thời gian lưu ít nhất là 0.5s để có thể phân huỷ phần lớn các hợp chất hữu cơ [8]

1.2.1.4 Lò đốt thùng quay (Rotary – Kiln Incineration)

Cấu tạo lò đốt thùng quay được thể hiện trong hình 1.8

Đồ án môn học Trang 11

Hình 1.8: Lò đốt thùng quay

Đây là loại lò đốt được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay, lò đốt

có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn rác tốt, đạt hiệu quả cao Lò đốt thùng quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải nguy hại dạng rắn, cặn, bùn và cũng có thể ở dạng lỏng Ở Mỹ lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầng sôi chiếm 10%, còn lại 15% các loại lò khác (lò cố định nhiều cấp) Cấu tạo của lò đốt bao gồm: Buồng sơ cấp: Là một tang quay với tốc độ điều chỉnh được, có nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trong quá trình cháy Lò đốt được đặt hơi dốc với độ nghiêng từ (1 – 5)/100, nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi

lò đốt Phần đầu của lò đốt có lắp một béc phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp cho quá trình đốt nhiên liệu nhằm đốt nóng cho hệ thống lò đốt Khi nhiệt độ lò đạt trên

8000C thì chất thải rắn mới được đưa vào để đốt Giai đoạn để đốt sơ cấp, nhiệt độ lò quay khống chế từ 800 – 9000C, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ được nhiệt

độ này thì bộ điều chỉnh bec-phun dầu/gas tự động ngắt Khi nhiệt độ hạ thấp hơn

8000C thì bộ đốt tự động làm việc trở lại Buồng đốt thứ cấp: Đây là buồng đốt tĩnh, nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết bay lên từ lò sơ cấp Nhiệt độ ở đây thường từ 950 – 11000C Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ cấp từ 1.5 – 2s Hàm lượng ôxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là 6% Có các tấm hướng để khí thải vừa được thổi qua vùng lửa cháy của bộ phận đốt phun dầu vừa xáo trộn mãnh liệt để cháy