Luận văn thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại cho khu công nghiệp phú tài và long mỹ

Xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại bằng phương pháp đốt đang là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và phù hợp với điều kiện của nước ta hiện nay.. Danh mục các hì

Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại cho khu công nghiệp Phú Tài và

Long Mỹ

MỞ ĐẦU

Mỗi quan tâm lo lắng về sự ô nhiễm môi trường đang dần dần trở nên thiết thực và cấp bách đối với mọi người trên hành tinh Ngành công nghiệp ngày càng phát triển kéo theo là sự tăng lên đáng kể lượng rác thải Lượng chất thải rắn công nghiệp đặc biệt là chất thải công nghiệp nguy hại nếu thải bỏ trực tiếp vào môi trường thì gây ra sự ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe của cộng đồng

Chất thải công nghiệp nguy hại là chất thải chứa các thành phần độc hại và tồn tại lâu trong môi trường Vì những tác động có hại của nó mà chất thải công nghiệp nguy hại được kiểm soát chặt chẽ để tránh những tác động có hại đến sức khỏe cộng đồng và giảm rủi ro về môi trường

Xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại bằng phương pháp đốt đang là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và phù hợp với điều kiện của nước ta hiện nay

Trong quá trình thực tập tại khu công nghiệp Phú Tài và Long Mỹ của tỉnh Bình Định Tìm hiểu về sự quản lý và xử lý chất thải rắn công nghiệp và đề xuất phương án xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện của tỉnh

và phù hợp kế hoạch quy hoạch tổng thể chất thải rắn công nghiệp và đô thị của tỉnh Bình Định đến năm 2020

Đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại cho khu công nghiệp Phú Tài và Long Mỹ” gồm 2 phần chính:

-Tổng quan về chất thải công nghiệp nguy hại và ảnh hưởng của chúng tới môi trường

-Tính toán thiết kế hệ thống xử lý chất thải công nghiệp nguy hại

Nội dung của đồ án bao gồm các phần:

Chương 1: Tổng quan về chất thải công nghiệp nguy hại

Chương 2: Một số phương pháp xử lý chất thải công nghiệp nguy hại

Chương 3:Hiện trạng quản lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại tỉnh Bình Định Chương 4: Cơ sở lý thuyết của quá trình đốt

Chương 5:Tính toán thiết kế lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại cho khu công nghiệp Phú Tài – Long Mỹ

Chương 6: Tính toán chi phí cho công trình

MỤC LỤC

Danh mục các chữ cái viết tắt 6

Danh mục các hình vẽ 7

Danh mục các bảng biểu 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP NGUY HẠI 8

I.1 Định nghĩa và các đặc trưng của chất thải rắn công nghiệp nguy hại 8

I.1.1 Định nghĩa 8

I.1.2 Nguồn phát sinh CTCNNH 8

I.2 Ảnh hưởng và tác động của chất thải công nghiệp nguy hại 10

I.2.1 Cơ chế tác động 10

I.2.2 Tích lũy và phóng đại sinh học của các chất độc trong chất thải nguy hại 10 I.2.3 Ảnh hưởng của chất thải công nghiệp nguy hại 10

I.3 Hiện trạng quản lý chất thải công nghiệp nguy hại tại Việt Nam 11

I.3.1 Hệ thống quản lý chất thải công nghiệp nguy hại ở Việt Nam 11

I.3.2 Những biện pháp kiến nghị cho việc quản lý chất thải nguy hại ở Việt Nam 12

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CÔNG NGHIÊP NGUY HẠI 14

II.1 Phương pháp hóa lý, hóa học 14

II.1.1 Hấp thụ khí 14

II.1.2 Chưng cất 15

II.1.3 Phương pháp trích ly bay hơi 15

II.1.4 Phương pháp hấp phụ 16

II.1.5 Oxy hóa hóa học 17

II.1.6 Phương pháp màng 17

II.2 Phương pháp sinh học 18

II.3 Phương pháp nhiệt 20

II.3.1 Lò đốt chất lỏng 21

II.3.2 Lò đốt thùng quay 21

II.3.3 Lò đốt gi (vỉ) cố định 22

II.3.4 Lò đốt tầng sôi 22

II.3.5 Lò xi măng 23

II.3.6 Lò hơi 23

II.4 Phương pháp ổn định hóa rắn 23

II.4.1 Cơ chế của quá trình 24

II.4.2 Công nghệ ổn định hóa rắn 25

II.5 Phương pháp chôn lấp chất thải nguy hại 27

CHƯƠNG III: HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ CTCNNH TỈNH BÌNH ĐỊNH 29

III.1 Các loại hình công nghiệp và đặc trưng của CTCNNH tỉnh Bình Định 29

III.2 Đặc trưng CTNHCN khu công nghiệp Phú Tài và Long Mỹ 30

III.3.Lựa chọn phương án xử lý 31

CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐỐT 32

IV.1 Cơ sở quá trình đốt 32

IV.1.1 Cơ chế 32

IV.1.2 Động học của quá trình đốt chất thải 33

IV.2 Lý thuyết quá trình xử lý khói thải 35

IV.2.1 Sự hình thành các chất thải 35

IV.2.2 Xử lý khói thải 36

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP NGUY HẠI CHO KHU CÔNG NGHIỆP PHÚ TÀI VÀ LONG MỸ 40

V.1 Một số đặc trưng cơ bản của lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại 40

V.2 Lựa chọn mô hình đốt 41

V.3 Lựa chọn lò đốt 41

V.3.1 Một số lò đốt thường được sử dụng 41

V.3.2 Lựa chọn nhiên liệu đốt 42

V.4 Tính toán các thông số của lò 42

V.4.1 Cân bằng vật chất 42

V.4.2 Cân bằng nhiệt lượng 48

V.4.3 Kích thước lò đốt 52

V.4.4 Vật liệu xây lò 58

V.5 Thiết kế hệ thống xử lý khói thải 63

V.5.1 Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong khói thải 63

V.5.2 Lựa chọn phương pháp xử lý 64

V.5.3 Lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt 65

V.5.4 Thiết kế thiết bị xử lý bụi 70

V.5.5 Thiết kế thiết bị xử lý khí 73

V.6 Tính toán thiết kế ống khói 75

V.7 Tính toán thiết bị phụ 77

V.7.1 Quạt cấp không khí vào lò 77

V.7.2 Bơm dung dịch Ca(OH)2 5% 78

V.7.3 Quạt hút 81

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN CHI PHÍ CHO CÔNG TRÌNH 85

VI.1 Chi phí thiết bị 85

VI.2 Chi phí thiết kế thi công 86

VI.3 Chi phí nhiên liệu sử dụng trong 1 lần vận hành 86

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Danh mục các chữ cái viết tắt

CTR: Chất thải rắn

CTNH : Chất thải nguy hại

CTCN: Chất thải công nghiệp

CTCNNH: Chất thải công nghiệp nguy hại

Danh mục các hình vẽ

Hình I.1: Trình tự ưu tiên trong quản lý chất thải nguy hại

Hình V.1: Sơ đồ cân bằng vật chất của quá trình cháy trong lò đốt

Hình V.2: Cấu tạo của mỏ phun thấp áp

Hình V.3: Sơ đồ cấu tạo tường lò đốt CTCN

Hình V.4: Cấu tạo của cửa tiếp liệu

Hình V.5: Sơ đồ công nghệ xử lý khói thải

Hình V.6: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm

Hình V.7: Kích thước cơ bản của cyclon

Hình V.8: Cấu tạo của tháp rỗng

Danh mục các bảng biểu

Bảng I.1: Lượng CTCN phát sinh tại các khu kinh tế trọng điểm

Bảng V.1: Một số loại lò đốt thường được sử dụng

Bảng V.2: Thành phần của dầu FO

Bảng V.3: Khối lượng đem đốt của các nguyên tố reong 400 kg CTR

Bảng V.4: Khối lượng đem đốt của các nguyên tố trong x kg dầu

Bảng V.5: Khối lượng mỗi chất tham gia trong quá trình cháy

Bảng V.6: Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO và NO2

Bảng V.7: Nhiệt dung riêng của khí và hơi nước ở 1100oC

Bảng V.8: Lượng khí và hơi nước sinh ra từ quá trình đốt rác trong 1 giờ

Bảng V.9: Đặc tính của vật liệu xây lò

Bảng V.10: Nhiệt lượng cần để cng cấp cho 1 m2 tường lò

Bảng V.11: Phân bố kích thước hạt bụi trong khói thải

Bảng V.12: Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong khói thải

Bảng V.13: Khối lượng của hỗn hợp khói và cấu tử I trong hỗn hợp

Bảng V.14: Thông số của lưu thể khói ở nhiệt độ 543,7oC

Bảng V.15: Tỷ lệ phần trăm khối lượng bụi trong khí thải

Bàng V.16: Khối lượng của bụi theo kích thước hạt

Bảng V.17: Hiệu suất tách bụi đối với từng cỡ hạt

Bảng V.18: Lượng bụi còn lại trong khói thải sau khi đi qua Cyclon

Bảng V.19: Nồng độ chất ô nhiễm trong khói lò

Bảng V.20: Nồng độ các chất trong khói lò sau khi xử lý

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP NGUY HẠI I.1 Định nghĩa và các đặc trưng của chất thải rắn công nghiệp nguy hại

I.1.1 Định nghĩa

Tại Việt Nam , xuất phát từ nguy cơ bùng nổ việc phát sinh chất thải nguy hại từ quá trình công nghiệp hóa đất nước, ngày 16/7/1999, Thủ tướng chính phủ đã

ký quyết định ban hành Quy chế quản lý chất thải nguy hại số 155/1999/QĐ-TTg,

trong đó tại Điều 2, Mục 2 chất thải nguy hại được định nghĩa như sau: Chất thải nguy hại là chất thải có chứa các chất hoặc hợp chất có một trong các đặc tính gây nguy hại trực tiếp (dễ cháy, dễ nổ, làm ngộ độc, dễ ăn mòn, dễ lây nhiễm và các đặc tính nguy hại khác), hoặc tương tác với chất khác gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người

Chất thải công nghiệp nguy hại là chất thải có chứa các đặc tính nguy hại phát sinh từ các hoạt động công nghiệp gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người

Trong các nguồn phát sinh chất thải nguy hại (công nghiệp, nông nghiệp, thương mại, tiêu dùng dân dụng) thì hoạt động công nghiệp là nguồn phát sinh chất thải nguy hại lớn nhất và phụ thuộc rất nhiều vào ngành công nghiệp So với các nguồn thải khác thì đây là nguồn thải mang tính thường xuyên và ổn định nhất Các nguồn thải từ dân dụng hay thương mại không nhiều, lượng chất thải tương đối nhỏ, mang tính sự cố hoặc do trình độ nhận thức và dân trí của người dân Các nguồn thải từ các hoạt động nông nghiệp mang tính phát tán dạng rộng, đây là nguồn rất khó kiểm soát và thu gom, lượng thải này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng nhận thức cũng như trình độ dân trí của người dân trong khu vực

I.1.2 Nguồn phát sinh CTCNNH

Nhóm công nghiệp sợi-dệt-nhuộm: Thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm sufua, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm hoạt tính, một số hóa chất sử dụng trong các đơn nhuộm như NaCl, Na2SO4, Sandocclean PC-tẩy dầu, Cotoclarin KD, Securon, Invalin, Univadin, và các chất tẩy trắng như Blancophor, Mikephor, Tinopal, Whitex… chúng có thể chuyển hóa giữa các dạng tồn tại khác nhau trong môi trường và gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người khi tiếp xúc phải

Ngành công nghiệp hóa chất: Là nhóm ngành thải ra nhiều chất độc hại do sử dụng các hóa chất trong quy trình công nghệ, gây ô nhiễm môi trường đáng kể Đó

là hóa chất còn dư thừa trong quá trình lắng lọc, cặn bã hóa chất, chai lọ vỡ, bùn cặn, bao bì…

Công nghiệp diện tử: Thải ra môi trường các chất độc hại như các chất trong dung dịch mạ, các chất bán dẫn và nhiều hợp kim khác

Công nghiệp sản xuất sơn: Chất thải độc hại chủ yếu sinh ra trong quá trình sau sản xuất như các chất rắn ở đường ống

Công nghiệp thực phẩm, đồ hộp, thuốc lá: Trong nhóm ngành này có các ngành công nghiệp chủ yếu sau:

- Công nghiệp sản xuất bia

- Sản xuất và chế biến đồ hộp

- Sản xuất bánh kẹo

- Sản xuất và chế biến thuốc lá

Rác thải nguy hại trong ngành công nghiệp này thải ra chủ yếu là men, bã, chất hữu cơ, vải sợi thuốc lá…khi phân hủy là môi trường truyền bệnh cho con người nhất là trong những ngày thời tiết nóng ẩm, thúc đẩy phát sinh các loại bệnh

về đường ruột và tăng khả năng lây nhiễm và lan truyền chúng

Công nghiệp sản xuất văn hóa phẩm: Gồm các nhà máy in, cơ sở sản xuất văn phòng phẩm, mỹ phẩm các hãng và cơ sở in tráng phim ảnh… Chất thải rắn độc hại sinh ra từ nguồn này chủ yếu là phim nhựa tráng hỏng, các loại giấy ảnh cùng với nước thải chứa một tỷ lệ tương đối lớn các chất độc hại như hydroquynol, các thuốc ảnh và thuốc màu khác được lẫn vào trong pha rắn

Công nghiệp luyện kim: Trong các ngành công nghiệp luyện kim, công nghiệp mạ có khả năng gây nhiễm môi trường nước bởi các hóa chất và các kim loại nặng tương đối lớn, tự đó chúng tác động đến các chất lơ lửng trong cỗng rãnh và các chất rắn độc hại thường phát sinh trong quá trình vệ sinh môi trường khu vực nhà máy

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

Ngành giấy và bột giấy: Chất thải là các dung môi hữu cơ chứa clo ( cacbon tetraclorit, metylen clorit, tetracloroetylen, tricloroetylen, các hỗn hợp dung môi thải chứa clo), chất thải ăn mòn (chất lỏng ăn mòn, chất rắn ăn mòn, ammonium hydroxit, hydrobromic axit, axit clohydric, axit nitrit, axit sulfuric) và dung môi thải

Ngành chế biến gỗ: Chất thải rắn bao gồm gỗ vụn, 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…

Cao su: Mủ cao su thải bỏ, cao su phế phẩm, bao bì…

I.2 Ảnh hưởng và tác động của chất thải công nghiệp nguy hại

I.2.1 Cơ chế tác động

Chất thải nguy hại nói chung khi tiếp xúc với cơ thể sống sẽ gây tác động đến các cơ quan nhạy cảm của con người hoặc sinh vật ở nồng độ đủ cao và thời gian đủ lâu Ảnh hưởng của chất thải nguy hại đối với cơ thể sống thường thông qua một số quá trình động học như: hấp thụ, phân bố, trao đổi chất, tích lũy và bài tiết Những tác nhân độc hại thường không thể hiện tích chất độc hại trên bề mặt cơ thể sống, thay vào đó chúng sẽ tiếp diễn thông qua một chuỗi các tuyến tiếp xúc và con đường trao đổi chất

I.2.2 Tích lũy và phóng đại sinh học của các chất độc trong chất thải nguy hại

Các thực vật bậc thấp, thực vật bậc cao, động vật bậc thấp, động vật bậc cao,

kể cả con người, khi tiếp xúc với chất thải nguy hại đều có thể bị nhiễm độc Phần lớn các chất độc được sinh vật đào thải ra ngoài, một phần độc có khả năng tồn lưu trong cơ thể sinh vật Theo mạng lưới thức ăn và quy luật vật chủ mà các chất độc

có thể chuyển từ sinh vật này sang sinh vật khác và được tích lũy bằng những hàm lượng độc tố cao hơn theo bậc dinh dưỡng và thời gian sinh sống Quá trình này được gọi là quá trình tích lũy – phóng đại sinh học của độc chất trong cơ thể sinh vật

I.2.3 Ảnh hưởng của chất thải công nghiệp nguy hại

Sự thải bỏ các chất thải nguy hại gây ô nhiễm vào môi trường có thể kiểm soát được vừa có thể không kiểm soát được Quá trình thải bỏ các chất thải có kiểm soát là một phần bản chất của thực tiễn quản lý chất thải nguy hại hiện nay mà chúng ta quan tâm, là nội dung chính của các quá trình sản xuất công nghiệp và xử

lý chất thải nguy hại Quan điểm chung về việc thải bỏ chất thải có kiểm soát là việc thải ra các chất gây ô nhiễm được quản lý bằng cách giảm thiểu sự nguy hại của chúng đến môi trường, hoặc chuyển hóa chúng thành những chất thải không hoặc ít gây nguy hại hơn

Khi có mặt trong môi trường chất thải công nghiệp nguy hại sẽ di chuyển và kết hợp hoặc phản ứng với một số yếu tố nhân tạo hoặc tự nhiên khác trong môi trường Chúng có thể lan truyền, xâm nhập một cách nhanh hay chậm, một cách trực tiếp hay gián tiếp Sự di chuyển này có thể xảy ra trong môi trường rắn, lỏng, khí Chất thải công nghiệp nguy hại tồn tại lâu trong môi trường và phân hủy chậm gây nguy hại tới sức khỏe con người khi tiếp xúc

I.3 Hiện trạng quản lý chất thải công nghiệp nguy hại tại Việt Nam

Chất thải công nghiệp, đặc biệt là chất thải công nghiệp nguy hại là một thách thức lớn đối với công tác quản lý môi trường của nhiều đô thị, nhất là những

đô thị có khu công nghiệp tập trung như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương…

Theo báo cáo của Cục Môi trường, thì lượng chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh mỗi năm tại 3 vùng phát triển kinh tế trọng điểm khoảng 113188 tấn Từ

số liệu thống kê nêu trên có thể thấy lượng chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh

ở vùng kinh tế trọng điểm phía Nam lớn gấp khoảng 3 lần lượng chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh ở vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc và lớn gấp khoảng 20 lần lượng chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh ở vùng kinh tế trọng điểm miền Trung

Bảng I.1: Lượng chất thải rắn công nghiệp phát sinh tại các khu kinh tể trọng điểm

Địa phương Khối lượng (tấn/năm)

I.3.1 Hệ thống quản lý chất thải công nghiệp nguy hại ở Việt Nam

Hệ thống quản lý chất thải công nghiệp nguy hại bao gồm các công cụ quản

lý và tổ chức thực hiện Công cụ sử dụng trong quản lý chất thải công nghiệp nguy hại là các điều luật, các quy định, các tiêu chuẩn môi trường, chính sách thuế, thưởng phạt do nhà nước cũng như do các cơ quan địa phương có thẩm quyền ban hành Bên cạnh các công cụ về luật, các công cụ kinh tế sẽ hỗ trợ đắc lực cho sự thành công của hệ thống quản lý chất thải công nghiệp nguy hại Một trong những công cụ kinh tế áp dụng trong quản lý chất thải công nghiệp nguy hại là phí gây ô

nhiễm phải trả Phí này bao gồm phí thu gom, vận chuyển, xử lý, chôn lấp chất thải

và hồ sơ về chất thải Phí này được tính toán dựa trên khối lượng và tính độc hại của chất thải do công ty quản lý chất thải nguy hại quyết định Các hình thức xử phạt đối với những trường hợp vi phạm về quy định thải bỏ, lưu trữ vận chuyển, xử lý và chôn lấp chất thải nguy hại sẽ do sở Tài nguyên – Môi trường các địa phương quyết định

Để quản lý chất thải nguy hại từ tất cả các loại hình công nghiệp (bên trong

và bên ngoài khu công nghiệp), mục đích chủ yếu cử hệ thống quản lý chất lượng môi trường là:

- Xây dựng chi tiết kế hoạch và bộ máy điều chỉnh để quản lý chất thải công nghiệp nguy hại khu vực và xây dựng địa điểm để chôn lấp an toàn

- Bảo đảm 100% xí nghiệp có hợp đồng cam kết về quản lý chất thải công nghiệp nguy hại

- Thống kê hiện trạng của các hợp chất hữu cơ bền (POPs) và đề ra chiến lược giảm thiểu khả năng phát tán POPs ra môi trường

Trình tự ưu tiên trong quản lý chất thải nguy hại được thực hiện thông qua sơ

đồ sau Mục đích là nhằm quản lý chất thải nguy hại từ tất cả các loại hình công nghiệp, mà chất thải nguy hại chưa có hình thức xử lý tại địa bàn nào đó

Hình I.1: Trình tự ưu tiên quản lý chất thải nguy hại [8]

Chất thải nguy hại

Giảm thiểu chất thải nguy hại tại nguồn Hủy bỏ Giảm thiểu Tái chế Tái sử dụng

Biến đổi thành chất không độc hoặc ít độc hơn

Xử lý vật lý/hóa học Xử lý sinh học Xử lý nhiệt

Thải bỏ phần còn lại một cách an toàn vào môi trường Thải vào đất Thải vào nước Thải vào khí quyển

I.3.2 Những biện pháp kiến nghị cho việc quản lý chất thải nguy hại ở Việt Nam

- Xây dựng lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại: Biện pháp này sẽ đạt được mục đích xây dựng kế hoạch và hệ thống điều chỉnh chi tiết để quản lý chất thải công nghiệp nguy hại trên địa bàn, và xây dựng địa điểm chôn lấp chất thải nguy hại

- Xây dựng hệ thống thu gom chất thải nguy hại: Với mục đích hướng tới là 100% các xí nghiệp có hợp đồng cam kết về quản lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại Để hợp đồng thu gom đạt hiệu quả, các thiết bị thu gom phải đặt đúng vị trí Hợp đồng gồm thu gom , vận chuyển và xử lý/chôn lấp chất thải sẽ được ký kết giữa dơn vị có nguồn chất thải và công ty môi trường đô thị hoặc công ty quản lý chất thải có giấy phép hoạt động khác Hợp đồng này phải tách biệt với hợp đồng với chất thải rắn không nguy hại

- Xây dựng các quy định về chất thải nguy hại: Các quy định phải được xây dựng song song với việc thiết lập các hợp đồng cam kết khi đó hệ thống quản lý chất thải nguy hại sẽ được kiểm soát tốt Ngoài ra cần phải xây dựng các quy định

về việc sử dụng những nguyên liệu và hóa chất độc hại, thiết lập các quy định về việc quản lý chất thải nguy hại cho từng ngành công nghiệp khu công nghiệp

- Củng cố khả năng giảm thiểu, tái sử dụng, phân loại và tồn trữ chất thải nguy hại: Thu gom, vận chuyển và đặc biệt là đốt rác thải nguy hại rất đắt tiền Cần phải có chiến lược giảm thải các chất thải tại các công ty và tái sử dụng chất thải khi

đó chi phí xử lý chất thải và các tác động môi trường sẽ giảm

- Tăng cường nhận thức về quản lý chất thải nguy hại: Thực hiện những chương trình nhằm tăng cường nhận thức của công nhân các xí nghiệp về tác động của các chất thải nguy hại đến con người và môi trường và những lợi ích của việc quản lý chất thải

- Thống kê hiện trạng của các hợp chất hữu cơ bền (POPs) và đề ra chiến lược giảm thiểu khả năng phát tán POPs ra môi trường

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CÔNG

NGHIÊP NGUY HẠI

II.1 Phương pháp hóa lý, hóa học

Phương pháp này bao gồm các kỹ thuật: hấp thụ khí, chưng cất, xử lý bằng trích ly bay hơi, oxy hóa hóa học, dòng tới hạn , màng Các kỹ thuật này được sử dụng để tái sinh, cô đặc và xử lý chất thải nguy hại đồng thời cũng được dùng để xử

lý nước ngầm hay đất bị ô nhiễm bởi các chất thải nguy hại

II.1.1 Hấp thụ khí

Là kỹ thuật hay được dùng để xử lý nước ngầm bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ bay hơi với nồng độ thấp < 200 mg/l Không thích hợp với các chất ô nhiễm kém bay hơi Các thiết bị được sử dụng: tháp đệm, tháp mâm, hệ thống phun, khuếch tán khí hay thông khí cơ học, trong các thiết bị này thì tháp đệm được sử dụng nhiều nhất

Cân bằng vật chất: (II-1)

Trong đó: QK – lưu lượng khí (m3/s)

QN – lưu lượng nước xử lý (m3/s) – nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí vào (kmol/m3) – nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí ra (kmol/m3) – nồng độ chất ô nhiễm trong dòng nước ra (kmol/m3) – nồng độ chất ô nhiễm trong dòng nước vào (kmol/m3) Với giả thiết hiệu quả quá trình là 100%, nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí vào và dòng nước ra không đáng kể có thể xem như bằng không, phương trình II-1 trở thành: QK = QN (II-2)

Áp dụng định luật Henry, nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí ra khỏi tháp được tính theo cân bằng sau: = H (II-3)

Kết hợp phương trình II-2 và II-3 ta nhận được hệ số hấp thụ R như sau:

= 1 Giá trị hệ số hấp thụ R = 1 được tính toán dựa trên cân bằng lý tưởng và quá trình hấp thụ là tối ưu Để quá trình hấp thụ khí xảy ra thì R >1

Khi thiết kế hệ thống này ta cần xem xet các yếu tố sau:

- Tính bay hơi của chất hữu cơ

- Tỷ lệ QK/QN , trên thực tế tỷ lệ này thay đổi rất lớn từ 5 đến hàng trăm lần,

và tỷ lệ này được kiểm soát với mục đích kiểm soát quá trình lụt của tháp

- Tổn thất cột áp: Kiểm soát quá trình lụt tháp tổn thất nên nằm trong khoảng

200 – 400 N/m3, tổn thất cột áp sẽ ảnh hưởng đến chi phí vận hành

- Khả năng xuất hiện dòng, kênh chảy trong tháp do sự phân bố không đều, dòng nước chủ yếu chảy sát thành của tháp Để giải quyết vấn đề này, giải pháp thường được sử dụng là: Đĩa phân phối khí được đặt trong thiết bị với khoảng cách

cứ 5D một đĩa phân phối khí, với D là dường kính của thiết bị, giá trị Q thường nằm trong khoảng từ 0,5 – 3 m Thay đổi vật liệu đệm, sử dụng vật liệu đệm có kích thước nhỏ

II.1.2 Chưng cất

Phương pháp này được dùng để loại bỏ chất hữu cơ bay hơi và bán bay hơi trong nước thải và nước ngầm Quá trình này được áp dụng khi nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải hay nước ngầm cao và có khả năng giảm nồng độ xuống rất thấp Thiết bị sử dụng là tháp mâm chóp, tháp mâm xuyên lỗ, tháp đệm

II.1.3 Phương pháp trích ly bay hơi

Phương pháp này được dùng để xử lý đất bị ô nhiễm chất hữu cơ bay hơi (VOC), kỹ thuật này được áp dụng đối với tầng đất chưa bão hòa (nằm trên tầng nước ngầm) hoặc đối với đất bị ô nhiễm đã được đào lên

Một hệ thống xử lý đất bằng trích ly bay hơi bao gồm các phần:

Hạ tầng:

- Giếng trích ly ( có thể một hay nhiều giếng)

- Hệ thống đường ống từ giếng đến trạm bơm hút

- Bơm chân không (máy thổi khí)

- Thùng tách ẩm (lựa chọn không bắt buộc)

- Hệ thống xử lý khí ra

Khi thiết kế hệ thống ta cần xem xét các thông số sau:

- Khoảng cách giếng trích ly (ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý, nó phụ thuộc vào bán kính hiệu quả của giếng)

- Tốc độ dòng khí đi vào

- Áp suất dưới bề mặt

- Chênh lệch áp suất

- Tính đồng nhất và nồng độ của VOC trong đất

- Nhiệt độ không khí được trích ly

- Độ ẩm, không khí được trích ly

- Năng lượng sử dụng

Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm: Giảm được chi phí đào đất và thải bỏ, giảm được các nguồn thải do

công tác đào xới, giảm sự khuếch tán VOC vào môi trường Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý đất có cấu trúc kém

Nhược điểm: Không thích hợp xử lý vùng đất có độ thấm thấp, do độ thấm

thấp thì hiệu quả xử lý thấp Ngoài ra thì hiệu quả quá trình kém khi chất ô nhiễm

có áp suất bay hơi thấp và trong vùng có tầng nước ngầm cao Không dự toán được thời gian xử lý

II.1.4 Phương pháp hấp phụ

Là quá trình tách chất ô nhiễm trong khí, nước bằng chất hấp phụ Trong kỹ thuật xử lý chất nguy hại, chất hấp phụ thường được dùng là than hoạt tính để loại

bỏ các thành phần chất hữu cơ độc hại trong nước ngầm và nước thải công nghiệp

Nó có thể sử dụng một mình hoặc kết hợp với quá trình xử lý sinh học

Phương trình Freundlich:

Trong đó: X – khối lượng chất ô nhiễm bị hấp phụ, X = (Cd – Cc).V

Cd – nồng độ ban đầu của chất ô nhiễm

Cc – nồng độ tại điểm cân bằng của chất ô nhiễm

M – khối lượng than k,n – hằng số Freundlich Phương trình Langmuir:

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình:

- Độ hòa tan: Những chất ít hòa tan dễ hấp phụ hơn chất hòa tan

- Cấu trúc phân tử: Chất hữu cơ mạch nhánh dễ hấp phụ hơn chất hữu cơ mạch thẳng

- Khối lượng phân tử: Nhìn chung phân tử lớn dễ hấp phụ hơn Nhưng khi

mà hấp phụ chủ yếu vào khuếch tán lỗ xốp thì tốc độ hấp phụ giảm so với khối lượng phân tử

- Độ phân cực: Chất hữu cơ ít phân cực được hấp phụ đễ hơn chất hữu cơ no

II.1.5 Oxy hóa hóa học

Đây là phương pháp sử dụng tác nhân oxy hóa để oxy hóa chất hữu cơ trong chất thải với mục đích chuyển đổi dạng và thành phần chất thải thành chất không độc hoặc ít độc hơn Là quá trình được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp nguy hại Được dùng để oxy hóa – khử các thành phần hữu

cơ có độc tính trong nước thải như phenol, chất bảo vệ thực vật, dung môi hữu cơ chứa clo, hợp chất đa vòng, benzen, toluen… hay các thành phần vô cơ như sunfit, amoniac, xyanua và các kim loại nặng

II.1.6 Phương pháp màng

Là quá trình được dùng để tách nước từ dòng ô nhiễm Có các loại: vị lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược, màng điện tích Phương pháp tách loại và cô đặc bằng màng đã được biết từ hàng trăm năm nay Phải đến năm 60 với sự phát triển của màng từ vật iệu tổng hợp thì mới ứng dụng cụ thể vào công nghiệp Từ những năm

70, phương pháp này đã trở nên quen biết với sự phát triển đáng kể về số lượng các màng đã phát triển và đưa ra thị trường, hiệu năng và khả năng ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong xử lý nước và các chất lỏng khác

Tất cả vật liệu được gọi là màng mỏng, khi chúng có dạng phiến mỏng 2mm) và chống lại sức cản của các thành phần chất lỏng khác nhau khi chuyển qua màng và cho phép tách một số nguyên tố cấu thành chất lỏng Màng được định nghĩa như một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau Nó có thể là một chất rắn hoặc một chất keo trương nở do dung môi Việc ứng dụng màng có thể tách các chất phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng

(0,05-Cơ chế chuyển dịch qua màng mỏng được chia làm 3 loại:

- Màng lọc:Dung dịch được cô đặc bằng cách chuyển qua có chọn lọc của nước, các thành phần khác của chất lỏng được giữ lại trên màng lọc ít nhiều tùy thuộc vào kích thước của chúng

- Thấm lọc: Có khả năng tách phân đoạn một hỗn hợp bằng dịch chuyển chọn lọc của một thành phần trong pha khí chuyển động qua màng

- Sự thấm lọc có chọn lọc: Các màng sử dụng cho phép chuyển dịch có chọn lọc các ion hay không, nước không chuyển dịch qua màng Các màng này có thể là

trung hòa hay tích điện Khi chúng tích điện (vật liệu tương ứng là nhựa tao đổi ion,

có dạng mỏng), chúng sẽ vận tải các ion trái dấu Vậy ta có thể cấu tạo các màng cation chỉ cản các cation, màng anion không cho phép chuyển qua các anion

Các quá trình lọc bằng màng: Thẩm thấu ngược, lọc nano, siêu lọc, vi lọc Động lực của quá trình màng chủ yếu là sự chênh lệch giữa hai pha áp suất; chênh lệch nồng độ; chênh lệch nhiệt độ; chênh lệch điện tích và chênh lệch áp suất thẩm thấu

Ngày nay do kỷ thuật sản xuất màng phát triển dẫn tới giá thành của màng giảm đáng kể Vì vậy kỷ thuật màng ngày nay được sử dụng rộng rãi hơn trong xử

lý nước thải công nghiệp như xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm, nước thải nhà máy giấy, nước thải có chứa các kim loại

II.2 Phương pháp sinh học

Xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng vi sinh vật để phân hủy và biến đổi chất hữu cơ trong chất thải nhằm giảm các nguy cơ của nó trong môi trường Việc xử lý chất hữu cơ chứa thành phần nguy hại có thể thực hiện được bằng phương pháp sinh học nếu sử dụng đúng loại vi sinh vật và kiểm soát quá trình hợp lý

Các quá trình ảnh hưởng đến quá trình sinh học bao gồm:

- Nguồn năng lượng và cơ chất

- Quá trình enzym

- Tính chất phân hủy sinh học của cơ chất

- Độc tính và tính ức chế của cơ chất đối với vi sinh vật

- Cộng đòng vi sinh vật

Trong xử lý sinh học, việc kiểm soát và duy trì lượng vi sinh vật là rất quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình cần phải kiểm soát bao gồm: Chất nhận điện tử, độ ẩm, nhiệt độ, pH, tổng chất rắn hòa tan, chất dinh dưỡng, loại bể, nguồn cacbon

Hệ thống xử ý chất thải nguy hại bằng phương pháp sinh học có thể chia các loại sau:

- Các hệ thống thông thường: Bùn lơ lửng, hiếu khí, kỵ khí

- Xử lý tại nguồn: Dùng xử lý nước ngầm và đất ô nhiễm

- Xử lý bùn lỏng: Dùng xử lý bùn với hàm lượng cặn 5 – 50%

- Xử lý dạng rắn: Xử lý bùn và chất rắn có độ ẩm thấp

Các hệ thống thông thường: Tương tự như các hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên trong xử lý chất thải nguy hại thì việc tiền xử lý bằng các phương pháp hóa

học và hóa lý chiếm vai trò hết sức quan trọng trong việc khử độc ttinhs của chất thải Lượng bùn dư sinh ra nhiều từ quá trình cần được kiểm soát và xử lý chặt chẽ

Xử lý tại nguồn: chất ô nhiễm trong môi trường đất tồn tại ở 3 dạng là tự do, hấp phụ hay liên kết với đất hòa tan Trong kỹ thuật này về cơ bản cũng dựa trên khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật Trong kỹ thuật này yếu tố giới hạn quá trình là vấn đề cung cấp oxy Nếu sử dụng oxy có sẵn (bằng các con đường khuếch tán) thì thời gian xử lý có thể kéo dài đến hàng trăm năm, vì vậy trong hệ thống này oxy được cung cấp thêm vào và hydro peroxit cũng được đưa vào với 2 mục đích:

- Cung cấp oxy cho vi sinh vật qua phản ứng phân hủy 2H2O2 = 2H2O + O2

- Oxy hóa chất hữu cơ khó phân hủy

Hàm lượng H2O2 trong nước bơm vào đất khoảng 100 – 500 mg/L để tránh ảnh hưởng độc tính của hydro peroxit lên vi sinh vật (hydro peroxit có nồng độ trong nước vào >1000 mg/L sẽ gây độc đối với vi sinh vật) Để vi sinh vật có thể thích nghi dần với hydro peroxit, tại thời điểm ban đầu nồng độ hydro peroxit trong nước bơm vào là 50 mg/L, sau đó nồng độ sẽ được tăng đến mức giá trị như trên Trong xử lý tại nguồn, việc nghiên cứu kỹ lưỡng các đặc tính vùng ô nhiễm, tính chất của chất ô nhiễm, vi sinh vật của vùng đất ô nhiễm có quyết định rất nhiều đến quá trình Nhìn chung khi quyết định việc xử lý tại nguồn cần tuân thủ 5 bước phân tích sau:

- Nghiên cứu mức độ ô nhiễm và chế độ dòng chảy của tầng nước ngầm tại khu vực ô nhiễm

- Đánh giá tính khả thi

- Nghiên cứu chi tiết các đặc tính của vùng đất bị ô nhiễm ( độ xốp, độ ẩm,

độ thông thoáng của đất…)

- Phân tích các thông số lý hóa để phân biệt quá trình sinh học là vô tính hay hữu tính

- Đánh giá sinh học để xác định hiệu quả quá trình

Xử lý bùn lỏng: Phương pháp này chất thải (bùn, chất thải rắn, đất ô nhiễm) được đảo trộn với nước trong thiết bị trộn để tạo dạng sệt Trong phương pháp này, việc khuấy trộn không những làm đồng nhất khối chất thải mà còn có tác dụng đẩy nhanh một số quá trình như sau:

- Phá vỡ các hạt (giảm kích thước của khối chất rắn)

- Góp phần làm tăng quá trình giải hấp

- Tăng cường khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm

- Tăng cường thông khí

- Giúp cho quá trình bay hơi của chất ô nhiễm nhanh hơn

Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Quá trình xử lý sơ bộ: quá trình với mục đích làm gia tăng hiệu quả giải hấp và giải năng lượng sử dụng

- Quá trình giải hấp

- Nồng độ của chất rắn trong bể phản ứng: hàm lượng chất rắn có thể thay đổi 5-50% ( theo khối lượng khô), để duy trì lượng lơ lửng 30 – 40%

- Thiết kế thiết bị khuấy trộn

- Thời gian lưu

Xử lý dạng rắn: Là kỹ thuật được dùng để xử lý bùn thải, chất thải rắn hay đất ô nhiễm có hàm lượng hay khô hoàn toàn bằng phương pháp sinh học Kỷ thuật

xử lý bằng phương pháp này được chia thành 3 loại chính như sau:

- Sử dụng đất như là một bẻ phản ứng: kỹ thuật này lợi dụng bản chất lý – hóa và các hệ vi sinh vật trong đất để xử lý chất thải Trong kỹ thuật này, chất thải

sẽ được trộn với đất bề mặt theo lượng được kiểm soát chặt chẽ

- Composting: phương pháp này ứng dụng vi sinh vật phân hủy chất thải hữu cơ thành mùn hữu cơ

- Heaping: là quá trình áp dụng kết hợp cả 2 quá trình trên để xử lý chất thải

II.3 Phương pháp nhiệt

Đây là kỹ thuật xử lý chất thải nguy hại có nhiều ưu điểm hơn so với các kỹ thuật khác được sử dụng để xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp mà có khả năng cháy Phương pháp này được áp dụng cho tất cả các dạng chất thải rắn, lỏng, khí Trong kỹ thuật này nhờ sự oxy hóa và phân hủy nhiệt, các chất hữu cơ sẽ được khử độc tính và phá vỡ cấu trúc Tùy theo thành phần của chất thải mà khí sinh ra từ quá trình đốt có thành phần khác nhau Nhìn chung, thành phần khí thải cũng có các thành phần như các sản phẩm cháy thông thường ( bụi, CO2, CO, SOx, NOx) Tuy nhiên trong thành phần khí thải còn có các thành phần khác như HCl, HF, P2O5,

Cl2…Bên cạnh các ưu điểm là phân hủy gần như hoàn toàn chất hữu cơ ( hiệu quả đến 99,9999%), thời gian xử lý nhanh, diện tích công trình nhỏ gọn, xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp nhiệt cũng có một nhược điểm là có thể sinh ra các khí độc hại (dioxin và furan) khi đốt chất thải hữu cơ chứa clo trong điều kiện sử dụng

lò đốt không đảm bảo về mặt ký thuật hay chế độ vận hành không được kiểm soát chặt chẽ Để giảm khả năng hình thành khí dioxin và furan người ta khống chế nhiệt

độ trong lò đốt hai cấp Nhiệt độ trong buồng thứ cấp được duy trì trên 1200o

C, sau

đó khí thải lò đốt ( sản phẩm cháy) sẽ được giảm nhiệt độ ngay lập tức xuống dưới

200oC trước khi đưa qua hệ thống xử lý khí thải Hiện nay các thiết bị lò đốt sau thường được sử dụng:

Được sử dụng để đốt các chất thải nguy hại hữu cơ có thể bơm được, ngoài

ra còn kết hợp để đốt chất thải nguy hại dạng khí Chất lỏng được phun vào lò đốt dưới dạng sương bụi với kích thước giọt lỏng từ 1µm trở lên Loại thiết bị này thường có dạng hình trụ nằm ngang, tuy nhiên trong trường hợp chất lỏng có hàm lượng vô cơ cao thì thiết bị có dạng thẳng đứng

Phương pháp này có ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Đốt được nhiều loại chất thải nguy hại dạng lỏng

- Không yêu cầu lấy tro thường xuyên

- Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng theo tốc độ nhập liệu

- Chi phí bảo trì thấp

Nhược điểm:

- Chỉ áp dụng được đối với các chất lỏng có thể nguyên tử hóa

- Cần cung cấp để quá trình cháy được hoàn tất và tránh ngon lửa tác động lên gạch chịu lửa

- Dễ bị nghẹt béc phun khi chất thải lỏng chứa cặn

II.3.2 Lò đốt thùng quay

Thường được sử dụng để đốt chất thải rắn, bùn, khí và chất lỏng Thiết bị thường có dạng hình trụ có thể nằm ngang hay nghiêng một góc so với mặt phẳng nằm ngang Thùng thường quay với vận tốc 0,5 – 1 vòng/phút, thời gian lưu của chất thải rắn trong lò từ 0,5 – 1,5 giờ với lượng chất thải rắn nạp vào lò chiếm khoảng 20% so với thể tích lò Thiết bị lò đốt dạng này có nhiệt độ trong lò có thể lên đến trên 1400o

C, vì vậy có thể phân hủy được các chất hữu cơ khó phân hủy nhiệt Lò đốt thùng quay thường có kích thước cơ bản là tỷ lệ đường kính theo chiều dài là 4:1 Một số ưu nhược điểm của lò đốt thùng quay như sau:

Ưu điểm:

- Áp dụng cho tất cả chất thải rắn và lỏng

- Có thể đốt riêng chất lỏng và chất rắn hoặc kết hợp đốt cả chất lỏng và rắn

- Không bị nghẹt gi (vỉ lò) do có quá trình nấu chảy

- Có thể nạp chất thải ở dạng thùng hoặc khối

- Linh động trong cơ cấu nạp liệu

- Cung cấp khả năng xáo trộn chất thải và không khí cao

- Quá trình lấy tro liên tục mà không ảnh hưởng đến quá trình cháy

- Kiểm soát được thời gian lưu của chất thải trong thiết bị

- Có thể nạp trực tiếp mà không cần phải xử lý sơ bộ gia nhiệt chất thải

- Có thể vận hành ở nhiệt độ trên 1400oC

Nhược điểm:

- Chi phí đấu tư cao

- Vận hành phức tạp

- Yêu cầu lượng khí dư lớn do thất thoát qua các khớp nối

- Thành phần tro trong khí thải cao

II.3.3 Lò đốt gi (vỉ) cố định

Lò này về cơ chế giống như lò đốt thùng quay nhưng không có phần di động Trong buồng thứ cấp, lượng khí cung cấp thường khoảng 50 – 80% lượng khí yêu cầu với mục đích để cho 2 quá trình nhiệt phân và cháy xảy ra đồng thời Trong buồng thứ cấp, sản phẩm của quá trình nhiệt phân và chất hữu cơ bay hơi được tiếp tục đốt Lượng khí cần thiết ở buồng thứ cấp đạt từ 100 – 200% lượng khí yêu cầu theo lý thuyết

II.3.4 Lò đốt tầng sôi

Được sử dụng để xử lý cả chất thải lỏng, bùn và chất thải khí nguy hại, trong

đó chất thải được đưa vào lớp vật liệu là cát, hạt nhôm, canxi cacbonat Quá trình oxy hóa nhiệt phân xảy ra trong lớp vật liệu này Nhiệt độ vận hành của thiết bị khoảng 760 - 870oC và lượng khí cấp sẽ được cấp dư so với lý thuyết khoảng 25 – 150% Ưu diểm của lò đốt tầng sôi là khả năng cấp nhiệt cho chất thải đến nhiệt độ cháy rất cao, ít sinh ra bụi, nhiệt độ ổn định Một số ưu điểm và nhược điểm của lò đốt tầng sôi:

Ưu điểm:

- Có thể đốt được cả 3 dạng chất thải rắn , lỏng và khí

- Thiết kế đợn giản và hiệu quả nhiệt cao

- Nhiệt độ khí thải thấp và lượng khí dư yêu cầu nhỏ

- Hiệu quả đốt cao do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn

- Lượng nhập liệu không cần cố định

Nhược điểm:

- Khó tách phần không cháy được

- Lớp dịch chuyển phải được tu sửa và bảo trì

có lợi hơn là tận dụng được nhiệt lượng phát sinh do quá trình đốt chất thải

II.3.6 Lò hơi

Đối với các chất thải có nhiệt trị cao được sử dụng như là nhiên liệu cho lò hơi Tuy nhiên cần lưu ý đến vấn đề xử lý khí thải của quá trình đốt để tránh việc hình thành sản phẩm phụ là các khí độc hại

II.4 Phương pháp ổn định hóa rắn

Ổn định và hóa rắn là quá trình làm tăng các tính chất vật lý của chất thải, giảm khả năng phát tán vào môi trường hay làm giảm tính độc hại của chất ô nhiễm Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong quản lý chất thải nguy hại Phương pháp này thường được áp dụng trong các trường hợp như xử lý các chất thải nguy hại, xử lý chất thải từ quá trình khác ( như tro của quá trình đốt), xử lý đất bị ô nhiễm khi hàm lượng các chất ô nhiễm trong đất cao

Làm ổn định là một quá trình mà chất thêm vào được trộn với chất thải để giảm tới mức tối thiểu khả năng phát tán chất nguy hại ra khỏi khối chất thải và làm giảm tính độc hại của chất thải Như vậy quá trình làm ổn định có thể được mô tả như một quá trình nhằm làm cho các chất gây o nhiễm bị gắn từng phần hoặc hoàn toàn bởi các chất kết dính hoặc các chất biến đổi khác Cũng tương tự như vậy quá trình đóng rắn là một quá trình sử dụng các chất phụ gia làm thay đổi bản chất vật lý của chất thải (thay đổi tính kéo, nén hay độ thấm) Như vậy mục tiêu quá trình làm

ổn định và hóa rắn là làm giảm tính độc hại và tính di động của chất thải cũng như làm tăng các tính chất của vật liệu đã được xử lý

II.4.1 Cơ chế của quá trình

Có rất nhiều cơ chế xảy ra trong quá trình ổn định chất thải, tuy nhiên quá trình ổn định chất thải đạt kết quả tôt khi thực hiện được các cơ chế sau:

- Bao viên kích thước lớn: Là cơ chế trong đó các thành phần nguy hại bị bao bọc vật lý trong một khuôn có kích thước nhất định, và thành phần nguy hại nằm trong vật liệu đóng rắn ở dạng không liên tục Hỗn hợp chất rắn này về sau có thể bị

vỡ thành các mảnh khá lớn và các chất thải không thể phát tán ra ngoài Cả khối chất đã được đỏng rắn có thể bị vỡ theo thời gian do các áp lực môi trường tác dụng lên Các áp lực này bao gồm các chu kỳ khô và ẩm hay lạnh, nóng và lạnh, do các chất lỏng thấm qua và các áp lực vật lý khác Như vậy, các thành phần đã bị đóng rắn theo cơ chế bao viên ở mức kích thước lớn có thể bị phân tán ra ngoài nếu như tính toàn thể của nó bị phá vỡ Mức độ bao viên kích thước lớn này được tăng theo loại và năng lượng tiêu tốn để trộn và đóng viên nó

- Bao viên kích thước nhỏ: Các thành phần nguy hại được bao ở cấu trúc tinh thể của khuôn đóng rắn ở quy mô rất nhỏ Kết quả là, nếu như chất đã được đóng rắn bị vỡ ở dạng các hạt tương đối nhỏ thì đa số các chất nguy hại đó vẫn giữ nguyên ở thế bị bao bọc Như vậy, tuy các chất nguy hại được bao viên ở mức kích thước nhỏ, nhưng chất thải nguy hại không biến đổi tính chất vật lý nên tốc độ phân tán của nó ra môi trường vẫn phụ thuộc vào kích thước bị vỡ ra theo thời gian của viên bao và tốc độ phân tán tăng khi kích thước hạt giảm Cũng như bao viên ở mức kích thước lớn, ở mức kích thước nhỏ các chất nguy hại được bao vật lý bằng các chất kết dính khác nhau như xi măng, xỉ than, vôi, và độ bền của nó tăng khi tăng chi phí năng lượng cho việc phối trộn và đóng viên nó

- Hấp phụ: Là quá trình đưa chất thải nguy hại ở dạng lỏng vào bên trong chất hấp thụ Các chất hấp thụ hay được sử dụng là đất, xỉ than, bụi lò nung xi măng, bụi lò nung vôi, các khoáng (bentonit, cao lanh, vemiculit và zeolit), mùn cưa, cỏ khô, rơm khô

- Hấp phụ: Là quá trình giữ chất nguy hại trên bề mặt của chất hấp phụ để chúng không phát tán vào môi trường Không giống như quá trình phủ đóng viên ở trên, khi thực hiện cơ chế này, khối chất rắn bị phá vỡ ra chất nguy hại có thể thoát

ra ngoài Người ta thường dùng đất sét biến tính để đóng rắn các chất thải hữu cơ, đất sét loại này là đất sét được biến đổi bằng cách thay các cation vô cơ được hấp phụ trên bề mặt đất sét bằng cation hưu cơ mạch dài để tạo đất sét organophilic Các phân tử nguy hại sẽ bị hấp phụ vào thạch cao và chúng không thể thoát ra môi trường

- Kết tủa: Quá trình hóa rắn nói chung sẽ làm kết tủa các thành phần nguy hại trong chất thải thành dạng ổn định hơn rất nhiều Các chất kết tủa là các thành phần của chất dùng để hóa rắn như hydroxit, sunfua, silicat, cacbonat, photphat Quá trình này được sử dụng để đóng rắn các chất thải nguy hại vô cơ như bùn hydroxit kim loại Ví dụ cacbonat kim loại thường ít tan hơn hydroxit kim loại Với pH cao, phản ứng hóa học sẽ xảy ra và tạo thành cacbonat kim loại từ hydroxit kim loại theo phản ứng sau

Me(OH)2 + H2CO3 = MeCO3 + 2H2O Tính vĩnh cửu của cacbonat kim loại phụ thuộc vào pH, ở môi trường pH thấp kim loại vẫn có thể bị hòa tan lại và nó có thể thoát tự do ra ngoài môi trường

- Khử độc: Là các quá trình chuyển hóa hóa học xảy ra trong quá trình ổn định hóa rắn Quá trình này sẽ giúp chuyển chất độc hại thành chất không độc hại Quá trình khử độc xảy ra là do kết quả của các phản ứng hóa học với các thành phần của chất kết dính, trường hợp điển hình về khử độc là chuyển crom từ hóa trị

VI thành crom hóa trị III khi hóa rắn chất thải nguy hại chứa crom bằng xi măng hay chất kết dính có nguồn gốc từ xi măng

II.4.2 Công nghệ ổn định hóa rắn

Trong xử lý chất thải nguy hại, đây là quá trình được sử dụng rộng rãi để xử

lý chất thải nguy hại vô cơ Trước khi thực hiện quá trình hóa rắn ổn định, bùn thải cần phải được tách nước , điều chỉnh pH cho đạt yêu cầu và chuyển kim loại sang dạng không hòa tan để giảm khả năng dịch chuyển của chất thải nguy hại, hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào chất sử dụng để ổn định hóa rắn

Ví dụ về một số chất thải và tính tương thích của phụ gia hóa rắn sử dụng Thành phần

bị giảm theo thời gian

Chất dễ bay hơi có thể thoát ra ngoài khi khuấy trộn Có hiệu quả khi được thực hiện trong điều kiện thích hợp

Có thể ngăn cản quá trình lắng Độ cứng

bị giảm theo thời gian Chất

dễ bay hơi có thể thoát ra ngoài khi khuấy trộn Có hiệu quả khi được thực hiện trong điều kiện thích hợp

Các chất hữu

cơ có thể bị bay hơi khi bị nung nóng Có hiệu quả khi được thực hiện trong điều kiện thích hợp

Có thể ngăn được quá trình lắng Có hiệu quả khi được thực hiện trong điều kiện thích hợp

và sẽ làm giảm độ bền trong thời gian ngắn

Phenol làm chậm một cách đáng kể quá trình lắng

và sẽ làm giảm độ bền trong thời gian ngắn Cồn có thể làm chậm quá trình lắng

Độ bền bị giảm trong một thời gian dài

Các chất hữu

cơ có thể bị bay hơi khi nung nóng

Không ảnh hưởng đến quá trình lắng

Các axit như

axit clohydric,

axit flohydric

Không ảnh hưởng đến quá trình lắng

Xi măng sẽ làm trung hòa axit có hiệu quả cao

Không ảnh hưởng đến quá trình lắng

Tương thích

sẽ trung hòa axit Có hiệu quả tốt

Cần phải trung hòa trước khi phối trộn

Cần phải trung hòa trước khi phối trộn, Ureformaldehyt thích hợp trong trường hợp này

Giảm độ bền

Sunfat có thể làm giảm quá trình lắng và gây ra sự vỡ vụn trừ khi sử dụng loại xi măng đặc biệt

Sunfat làm tăng nhanh các quá trình khác

Muối halogen rất dễ bị chiết

ra và làm chậm quá trình lắng Các muối sunfat có thể làm chậm hoặc tăng nhanh các phản ứng

Các muối sunfat và halogen có thể làm mất nước hoặc hydrat hóa lại, có thể gây vỡ vụn

Tương thích

Có hiệu quả rõ rệt đối với chì,

Tương thích

Có hiệu quả rõ rệt đối với chì,

Tương thích

Có hiệu quả rõ rệt với asen

Tương thích Tương thích Tương thích Tương thích

Các chất phụ gia thường dùng để ổn định đóng rắn là: xi măng, puzơlan, silicat dễ tan, đất sét hữu cơ biến tính, các polyme hữu cơ, nhiệt dẻo

II.5 Phương pháp chôn lấp chất thải nguy hại

Chôn lấp là công đoạn cuối cùng không thể thiếu trong hệ thống quản lý chất thải nguy hại Chôn lấp là biện pháp nhằm cô lập chất thải làm giảm khả năng phát tán chất thải vào môi trường Các chất thải nguy hại được chôn lấp trong bãi chôn lấp cần đáp ứng các tiêu chuẩn sau:

- Chỉ có chất thải vô cơ (ít hữu cơ)

- Tiềm năng nước rỉ rác thấp

- Không có chất lỏng

- Không có chất nổ

- Không có chất phóng xạ

- Không có lốp xe

- Không có chất lây nhiễm

Thông thường các chất thải nguy hại được chôn lấp bao gồm:

- Chất thải kim loại có chứa chì

- Chất thải có thành phần thủy ngân

- Bùn xi mạ và bùn kim loại

- Chất thải amiang

- Chất thải rắn có chứa cyanua

- Bao bì nhiễm bẩn và thùng chứa bằng kim loại

- Cặn từ quá trình thiêu đốt chất thải

Trong quá trình chôn lấp, cần kiểm soát được các khả năng xảy ra phản ứng

do sự tương thích của chất thải khi hai chất thải rò rỉ tiếp xúc với nhau Ví dụ như chất thải chứa axit kết hợp với chất thải chứa dầu mỡ sẽ gây hỏa hoạn, kết hợp với chất ăn da tỏa nhiệt lớn, chất thải chứa bột nhôm kết hợp với amoni nitrat sẽ gây nổ, chất thải chứa cyanua gặp axit sẽ hình thành khí HCN rất độc… ngoài ra cần phải kiểm soát các chất khí sinh ra cũng như nước rò rỉ từ khu chôn lấp ra môi trường xung quanh

Trong quá trình vận hành bãi chôn lấp chất thải nguy hại, phải thực hiện các biện pháp quan trắc môi trường, công việc này cũng phải thực hiện sau khi đóng bãi Sau khi đóng bãi, việc bảo trì bãi cũng rất quan trọng nhằm đảm bảo không có

sự tiếp xúc của chất thải nguy hại với con người và môi trường Các công tác quan trắc trong thời gian hoạt động và sau khi đóng bãi cũng như công tác bảo trì góp phần phát hiện sự rò rỉ và lan truyền của chất thải nguy hại trong môi trường Để đảm bảo công tác này cần phải tuân thủ một số nguyên tắc khi lựa chọn, thiết kế và vận hành bãi chôn lấp chất thải nguy hại như sau:

- Lựa chọn vị trí bãi chôn lấp: phải phù hợp với quy hoạch xây dựng đã được

cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt Cần xem xét đến công suất dự kiến cho hiện tại và tương lai, xem xét vấn đề địa hình, thổ nhưỡng , thủy văn… các điều kiện khí hậu môi trường địa phương, bố trí mặt bằng khu vực, đảm bảo các khoảng cách đến các công trình liên quan, khoảng cách vận chuyển Hạn chế đặt gần các khu dân cư, sân bay, di tích lịch sử, cảnh quan du lịch, khu canh tác cây lương thực, đất ướt, đất nứt, vùng có nguy cơ động đất và vùng không ổn định gần sông suối, ao

hồ các nguồn nước sử dụng sinh hoạt Bên cạnh đó cũng phải quan tâm đến ý kiến của cơ quan địa phương và cộng đồng dân cư trong khu vực

- Nguyên tắc thiết kế bãi chôn lấp: các chất thải nguy hại khi tiếp xúc với nhau có thể sinh ra các chất có tính độc hại cao hơn hay có thể xảy ra phản ứng tạo thành các chất ô nhiễm và gây cháy nổ Vì vậy, khi thiết kế cần thiết kế các ngăn chôn lấp riêng hay các đê ngăn nhằm tránh sự kết hợp của các chất khi có rò rỉ xảy

ra Cấu tạo lớp lót đáy và lớp che phủ bề mặt sẽ được lựa chọn tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất của khu vực đặt bãi chôn lấp

- Quy tắc vận hành bãi chôn lấp:

Xử lý chất thải trước khi chôn lấp: chất thải cần phải đóng gói theo đúng tiêu chuẩn quy định về an toàn trước khi chôn lấp Đối với một số chất có thể không cần đóng gói mà có thể hóa rắn trước khi chôn lấp

Trong khi bãi đang hoạt động cần phải có biện pháp kiểm soát các tác nhân gây bệnh, các khí sinh ra, nước rò rỉ, nước chảy qua, nước chảy tràn, nước thấm Thực hiện các chương trình quan trắc môi trường như quan trắc chất lượng nước ngầm xung quanh bãi chôn lấp, các loại khí độc hại và dễ cháy…khi vận hành cũng như khi đóng bãi

Xây dựng thực hiện các chương trình tu bổ, nâng cấp bãi chôn lấp và các chương trình ứng cứu khi có các sự cố cháy, nổ, rò rỉ, lũ lụt, ô nhiễm nước ngầm xảy ra tại bãi chôn lấp Thực hiện chế độ bảo trì bảo dưỡng và kiểm soát bãi chôn lấp định kỳ sau khi đóng bãi

CHƯƠNG III: HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ CTCNNH TỈNH BÌNH ĐỊNH III.1 Các loại hình công nghiệp và đặc trưng của CTCNNH tỉnh Bình Định

Bình Định là tỉnh thuộc vùng duyên hải nam Trung bộ,là một trong 5 tỉnh thuộc khu kinh tế trọng điểm miền trung Hiện nay Bình Định có 14 khu công nghiệp và cụm công nghiệp đang hoạt động với nhiều loại hình công nghiệp Tỉnh Bình Định đã và đang thực hiện chương trình quy hoạch phát triển công nghiệp thời

kỳ 2006 – 2010 và tầm nhìn đến năm 2020 gắn liền với quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của toàn tỉnh, quy hoạch phát triển công nghiệp của cả nước,quy hoạch phát triển công nghiệp của vùng kinh tế trọng điểm miền trung và gắn với quá trình hội nhập kinh tế khu vực và thế giới

Các ngành công nghiệp chủ yếu của tỉnh là: công nghiệp chế biến thủy sản, công nghiệp sản xuất đường và các sản phẩm sau đường, công nghiệp sản xuất nước giải khát, công nghiệp chế biến dừa, công nghiệp chế biến tinh bột sắn và thức ăn chăn nuôi gia súc, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp may mặc – giày da

Nhóm ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản bao gồm: khai thác và chế biến đá, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, công nghiệp lọc-hóa dầu-hóa chất và dược phẩm, công nghiệp sản xuất cơ khí

Bên cạnh sự phát triển của ngành công nghiệp cảu tỉnh thì lượng chất thải phát sinh trong toàn tỉnh cũng tăng lên một cách đáng kể, theo dự báo của sở tài nguyên và môi trường của tỉnh Bình Định thì lượng chất thải rắn phát sinh trong toàn tỉnh đến năm 2020 là 8073 tấn/ngày Trong đó chất thải rắn sinh hoạt là 1176 tấn/ngày, chất thải rắn công nghiệp là 6724 tấn/ngày, chất thải y tế là 8,5 tấn trên ngày

Đối với chất thải rắn công nghiệp thì lượng chất thải phát sinh được phân loại tại xí nghiệp hoặc khu công nghiệp, cụm công nghiệp Chất thải được phân loại thành chât chất thải rắn có thể tái chế tái sử dụng, chất thải có thể chế biến phân vi sinh, chất thải được chôn lấp và chất thải nguy hại Đối với các khu công nghiệp và cụm công nghiệp việc thu gom và vận chuyển chất thải được ký kết với đơn vị có giấy phép thu gom, vận chuyển và xử lý

Ở Bình Định hiện nay rác thải công nghiệp thường được phân loại và được

xử lý cùng với rác thải đô thị Trên địa bàn tỉnh hiện chưa có lắp đặt lò đốt rác công nghiệp nào Đối với chất thải nguy hại chủ yếu là rác thải bệnh viện thì chủ nguồn thải ký hợp đồng với công ty môi trường đô thị Quy Nhơn vận chuyển và xử lý

bằng phương pháp đốt bằng các lò đốt rác công suất nhỏ đặt chủ yếu ở các bệnh viện

Nhìn chung công nghiệp tỉnh Binh Định chủ yếu tập trung sản xuất và chế biến lâm sản, nên lượng chất thải công nghiệp nguy hại thường chiếm tỷ lệ thấp (khoảng 10% lượng chất thải rắn công nghiệp phát sinh)

III.2 Đặc trưng CTNHCN khu công nghiệp Phú Tài và Long Mỹ

Chất thải rắn công nghiệp phát sinh từ một số cơ sở sản xuất trong khu công nghiệp Ngành công nghiệp Nguồn phát sinh Chất ô nhiễm

Công ty TNHH Tân Bình

sản xuất bao bì

Xỉ than Chất thải rắn sinh hoạt Công ty chế biến nguyên

liệu giấy(sản xuất dăm gỗ)

Cắt vụn gỗ Mùn cưa, mẩu gỗ

Xỉ than Chất thải rắn sinh hoạt Công ty 508 (sản xuất cơ

khí)

Hàn, cắt, mạ Đánh bóng, sơn

Phế liệu kim loại

Xỉ kim loại, bùn cặn chứa kim loại và dầu mỡ

Doanh nghiệp tư nhân

Doanh nghiệp tư nhân

Trường Xuân (sản xuất

bìa cactong)

Cắt, may, in… Vải vụn, chỉ thừa

Xi than Chất thải sinh hoạt

Xí nghiệp mỏ MEDICO

GRANITE (chế biến đá)

Cưa xẻ, cắt đá Đánh bóng,mài sản phẩm

Bùn cặn, đất, đá Chất thải sinh hoạt Doanh nghiệp tư nhân

Thành Đạt (chế biến đá)

Cưa xẻ, cắt đá Đánh bóng,mài sản phẩm

Bùn cặn, đất, đá Chất thải sinh hoạt

Xí nghiệp xuất nhập khẩu

lâm sản Quy Nhơn (chế

biến lâm sản)

Sơ chế nguyên vật liệu Nạp liệu, nghiền cắt và đóng bao

Mùn cưa, mẩu gỗ

Xỉ than

Xí nghiệp tư nhân Nam

Bình, doanh nghiệp tư

nhân Sơn Hải (chế biến

lâm sản)

Sơ chế nguyên vật liệu Nạp liệu, nghiền cắt và đóng bao

Duy (chế biến lâm sản)

Sơ chế nguyên vật liệu Công đoạn sản xuất( nạp liệu, cắt, nghền…)

Mùn cưa, mẩu gỗ Bùn cặn, xỉ than Chất thải sinh hoạt

Theo báo cáo ban quản lý các khu công nghiệp tỉnh Bình Định, lượng chất thải rắn công nghiệp phát sinh tại hai khu công nghiệp Phú Tài và Long Mỹ là 11520 tấn/năm Trong đó lượng chất thải nguy hại chiếm khoảng 10% tổng lượng chất thải rắn phát sinh Chất thải nguy hại từ hai khu công nghiệp này chủ yếu là bùn cặn kim loại, dầu mỡ từ các công ty sản xuất cơ khí Sơn dầu, vecni từ quá trình cạo bóc gỗ chế biến lâm sản

III.3.Lựa chọn phương án xử lý

Khu công nghiệp Phú Tài với diện tích quy hoạch 348 ha, thuộc phường Trần Quang Diệu và phường Bùi Thị Xuân thành phố Quy Nhơn Khu công nghiệp Long Mỹ diện tích 210 ha thuộc xã Phước Mỹ thành phố Quy Nhơn Đây là hai khu công nghiệp có nhiều doanh nghiệp hoạt động nhất trên địa bàn tỉnh, hai khu công nghiệp này cách nhau khoảng 7km Vì vậy việc thu gom và vận chuyển chất thải từ hai khu công nghiệp này về xử lý tập trung tại bãi chôn lấp Long Mỹ là phù hợp với nội dung quy hoạch tổng thể chất thải rắn đô thị và công nghiệp Tại đây ta lắp đặt

lò đốt rác thải công nghiệp nguy hại công suất 3,2 tấn/ngày

CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐỐT

Quá trình xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại bằng phương pháp đốt gồm 2 giai đoạn chính là:

- Đốt chất thải: ở giai đoạn này chất thải được đốt cháy tạo thành tro và khói

lò Một phần tro nằm dưới dạng xỉ sẽ được tháo ra ở đáy lò, một phần dưới dạng bụi

sẽ được cuốn theo khói lò

- Xử lý khói lò: Khói sinh ra trong lò đốt có nhiệt độ cao 1100oC chứa bụi và những khí ô nhiễm như SO2, NOx, CO2, CO…trước khi thải vào khí quyển khói lò cần được hạ nhiệt độ, xử lý bụi và khí độc Đảm bảo yêu cầu tối thiểu của khói khi thải vào môi trường

IV.1 Cơ sở quá trình đốt

Quá trình đốt chất thải công nghiệp nguy hại xảy ra trong lò đốt thực chất là quá trình cháy của 3 loại chất : rắn, lỏng và khí

- Chất rắn là bản thân chất thải rắn công nghiệp nguy hại

- Chất lỏng gồm nhiên liệu phụ được cung cấp từ ngoài vào như dầu FO hoặc

DO và những thành phần lỏng được tách ra từ chất thải reong quá trình nhiệt phân

- Chất khí là những sản phẩm của quá trình đốt và khí hóa chất thải như CO,

H2, một số hydrocacbon, một số hợp chất hữu cơ ở thể khí, những khí có độc tính cao như dioxin và furan

IV.1.1 Cơ chế

Chất thải rắn từ khi nạp vào lò cho tới khi cháy được có thể xảy ra các giai đoạn sau:

- Sấy: là quá trình nâng nhiệt độ chất thải từ nhiệt độ ban đầu đến khoảng

200oC, trong các khoảng nhiệt độ này ẩm vật lý trong chất thải được thoát ra, sau đó

là ẩm hóa học Tốc độ sấy phụ thuộc vào kích thước, bề mặt tiếp xúc, độ xốp vật rắn

và nhiệt độ buồng đốt Thực tế chất thải rắn là là hỗn hợp nhiều chất có thành phần

và kích thước không đồng đều Đây là một vấn đề cần được chú ý để tổ chức quá trình đốt được hiệu quả cao

- Nhiệt phân: từ khoảng nhiệt độ 200oC tới nhiệt độ bắt đầu cháy, xảy ra những quá trình phân hủy chất rắn bằng nhiệt Những chất hữu cơ có thể bị nhiệt phân thành những chất phân tử lượng nhỏ hơn ở thể lỏng như axit, axeton, metanol

và một số hydrocacbon ở thể lỏng Một số chất khí cũng được sinh ra từ quá trình nhiệt phân như CH4, H2, CO2, CO…

Thành phần của sản phẩm nhiệt phân phụ thuộc vào bản chất của chất thải, nhiệt độ và tốc độ nâng nhiệt độ

- Quá trình cháy: là phản ứng hóa học giữa oxy trong không khí, chất thải rắn

và thành phần cháy được sinh ra lượng nhiệt lớn và tạo ra ánh sáng Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất cháy có trong nhiên liệu và chất thải rắn Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất cháy có trong hỗn hợp nhiên liệu, chất thải và không khí Khi nồng độ này thấp tốc độ cháy chậm và ngược lại Đối với một nồng độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt

độ Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình cháy lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của nồng độ chất cháy Khi nhiên liệu và chất thải rắn được sấy đến nhiệt độ bắt lửa thì quá trình cháy xảy ra Sau khi bắt lửa quá trình cháy xảy ra mãnh liệt, nồng độ chất cháy trong nhiên liệu và chất thải giảm dần, nhiệt độ buồng đốt tăng cao Trong quá trình cháy nhiên liệu và chất thải rắn thì cháy chất bốc và giai đoạn cháy tạo chất bốc cũng đóng một vai trò quan trọng (cháy chất bốc tức là cháy các khí cháy như hydro, cacbon oxit…)

- Quá trình tạo xỉ: sau khi cháy hết các chất cháy được thì những chất rắn không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ Sự tạo thành tro xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của buồng đốt Mỗi loại chất rắn không cháy có nhiệt độ nóng chảy khác nhau Các chất không cháy được và không nóng chảy tạo thành tro, còn xỉ là tro bị nóng chảy tạo thành Thường người ta chọn nhiệt độ thải xỉ là 850o

C

IV.1.2 Động học của quá trình đốt chất thải

 Các bước xảy ra trong quá trình đốt chất thải rắn

- Khuếch tán đối lưu oxy nhận được từ nhân tới bề mặt lớp biên chảy dòng bao quanh hạt rắn

- Khuếch tán oxy qua chiều dày lớp biên chảy dòng bằng khuếch tán phân

tử

- Khuếch tán oxy vào ống mao dẫn

- Hấp thụ oxy vào bề mặt trong của chất thải rắn

- Các phản ứng hóa học:

C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO CO2 + C = 2CO

S + O2 = SO2

SO2 + ½ O2 = SO32H + ½ O2 = H2O

N2(không khí) + O2 = 2NO

N(nhiên liệu+chất thải rắn) + ½ O2 = NO

NO + ½ O2 = NO2

Cl2 + H2O = 2HCl + ½ O2

- Quá trình nhả khuếch tán: khuếch tán sản phẩm ngược lại ống mao dẫn,

khuếch tán phân tử, khuếch tán đối lưu sản phẩm vào pha khí

 Khảo sát với hạt rắn dạng hình cầu cháy trong không khí dư

Coi hạt rắn hình cấu có bán kính R, mô tả bởi hình dưới đây

 Khi quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp:

Tốc độ phản ứng hóa học thấp so với quá trình khuếch tán phân tử và khuếch

tán đối lưu Phản ứng hóa học quyết định quá trình phản ứng Quá trình động học

xảy ra như sau:

- Khuếch tán đối lưu oxy từ tâm dòng chảy tới mặt ngoài lớp biên chảy

- Nhiệt độ tăng, vận tốc quá trình tăng

- Kích thước hạt hầu như không gây ảnh hưởng

- Tốc độ gió không gây ảnh hưởng nhiều

 Nhiệt độ tăng dần, lớn hơn nhiệt độ động học

- Vận tốc gió không ảnh hưởng nhiều

 Nhiệt độ tăng dần, lớn hơn nhiệt độ khuếch tán nội

- Vận tốc phản ứng tăng

Co Cm, Ct 0, AR < 1/3R, (AR là chiều sâu thấm khí)

- Miền phản ứng là miền giả động học

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Kích thước hạt càng nhỏ, bề mặt hạt rắn tăng, vận tốc tăng

- Nhiệt độ không gây ảnh hưởng mạnh

- Tốc độ gió không gây ảnh hưởng nhiều

 Nhiệt độ tăng dần, lớn hơn nhiệt độ miền giả động học

- Miền phản ứng là miền khuếch tán

Co > Cm, 0 ≤ Cm ≤ 0,1Co, Ct > 0

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Đường kính hạt nhỏ, vận tốc gió tăng

- Tốc độ phản ứng tăng

- Bản chất hạt rắn không gây ảnh hưởng đến quá trình

IV.2 Lý thuyết quá trình xử lý khói thải

IV.2.1 Sự hình thành các chất thải

-Tro, xỉ bay theo khói bụi: tro, xỉ là những chất không cháy được trong chất thải Bụi bao gồm tro bay theo khói và một số chất chưa cháy hết do sự cháy không hoàn toàn nhiên liệu cũng như chất thải Bụi từ buồng đốt chủ yếu là bụi vô cơ kích

cỡ nhỏ, với đường kính hạt bụi d < 100 µm chiếm 90% thành phần về khối lượng

- Khí CO và CO2: khi đốt cháy các chất hữu cơ, tùy theo lượng oxy sử dụng

mà có thể sinh ra CO hay CO2 Khi cung cấp thiếu oxy quá trình cháy không hoàn toàn khi đó 2C + O2 = 2CO Khi cung cấp đủ oxy , quá trình cháy hoàn toàn khi đó sản phẩm cháy là CO2 ( C + O2 = CO2 )

- Khí NOx: hai khí quan trọng nhất đó là NO và NO2 Khí này được hình thành do hai nguyên nhân sau:

 Phản ứng giữa oxy nà nitơ trong không khí cấp vào buồng đốt

 Phản ứng giữa oxy và nitơ có trong nhiên liệu

NOx dễ dàng tạo ra khi dư thừa oxy trong quá trình cháy Ở nhiệt độ trên

560oC thì NO tạo ra là chủ yếu

-Khí SO2: khí này được tạo ra khi đốt chất thải và nhiên liệu chứa lưu huỳnh

CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2 + Q

-Hơi axit: khi đốt chất thải có chứa Cl, Br thì sẽ tạo ra khí HCl, HBr

CHCl3 + O2 = CO2 + HCl + Cl2 + Q Đốt chất thải chứa lưu huỳnh và nitơ cũng tạo hơi axit tương tự

-Dioxin và furan: là những hợp chất có độc tính cao phát thải ở các lò đốt rác thải nguy hại, dioxin và furan được tạo ra bởi hai nguyên nhân chính

 Được tạo thành từ quá trình đốt các hợp chất clorua thơm

 Từ quá trình đốt các hợp chất clorua và hydrocacbon

Ở các lò đốt chất thải nguy hại, dioxin va furan được hình thành trong quá trình nhiệt phân hoặc cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ chứa halogen Một trong những yếu tố kích thích sự hình thành dioxin và furan là khi khói lò có nồng

độ bụi cao, nồng độ CO, muối clorua kim loại và muối clorua kiềm cao Dioxin và furan phát tán theo đường khói thải, bụi, tro xỉ

IV.2.2 Xử lý khói thải

Quá trình xử lý khói thải bao gồm những phần sau:

- Hạ nhiệt độ khói thải

- Tách bụi

- Xử lý khí ô nhiễm

Khí thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường được thải ngoài qua ống khói

 Hạ nhiệt độ của khói thải:

Mục đích của quá trình này là hạ nhiệt độ của khói thải để các quá trình tiếp theo được thuận lợi, ngoài ra lượng nhiệt thu được còn được tận dụng để đốt lò hơi hay gia nhiệt cho không khí trước khi cấp vào lò đốt Quá trình trao đổi nhiệt dựa trên nguyên lý chung về truyền nhiệt, có thể xảy ra theo kiểu trực tiếp hay gián tiếp

Có thể dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm hoặc có thể dùng tháp rửa khí, khi đó quá trình hạ nhiệt độ khói thải và làm sạch khí xảy ra đồng thời

 Tách bụi

Bụi trong khói thải cần phải tách để quá trình hấp thu tiếp theo có thể thực hiện được tốt Những phương pháp tách bụi thường gặp là phương pháp khô và phương pháp ướt

 Phương pháp tách bụi khô

- Buồng lắng

Cơ chế: Tách bụi bằng trọng lực

Cấu tạo và nhuyên lý hoạt động: Buồng lắng là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với cửa khí vào và ra Khói thải khi đi vào buồng lắng sẽ bị giảm vận tốc và thời gian lưu của khói thải trong buồng tăng lên Nhờ vậy mà các hạt bụi trong khói thải có đủ thời gian lắng suống đáy của buồng bằng trọng lực

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng vật liệu sẵn

có Chi phí năng lượng, vận hành, bảo quản và sửa chữa thấp Tổn thất áp suất thấp,

có thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất khác nhau

Nhược điểm: Cồng kềnh, chỉ tách được bụi thô

Phạm vi ứng dụng: Thường được dùng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độ cao, kích thước hạt bụi lớn Chủ yếu áp dụng cho bụi có đường kính tương đương d

> 50µm

- Cyclon :

Cơ chế: Tách bụi bằng lực ly tâm

Nguyên lý hoạt động: Dòng khí được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của thiết bị nên sẽ chuyển động xoáy ốc trong thiết bị từ trên xuống

Do chuyển động xoáy các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng bị văng về phía thành của hình trụ của cyclon rồi chạm vào đó và được tách ra khỏi dòng khí Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy phễu thu bụi ở dưới của cyclon Khi chạm vào đáy hình nón, dòng khí dội ngược trở lại nhưng vấn giữ nguyên được chuyển động xoáy ốc từ dưới lên và thoát ra ngoài

Ưu điểm: Giá thành đầu tư thấp, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành Chi phí sửa chữa, bảo hành thấp Có khả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng các vật liệu khác nhau tùy theo nhiệt độ, áp suất và độ ăn mòn

Nhược điểm: Hiệu suất tách thấp đối với bụi có d < 5 µm, dễ bị mài mòn nếu bụi có độ cứng cao, hiệu suất giảm nếu bụi có độ dính cao

Phạm vi ứng dụng: Có thể dùng để tách bụi có d > 5µm, thường dùng cho các lĩnh vực như xi măng, mỏ, bột giặt…

- Thiết bị lắng tĩnh điện – ESP

Cơ chế: Tách bụi bằng lực tĩnh điện

Nguyên lý hoạt động: Thiết bị gồm 2 tấm đặt song song với nhau và được nối với đất ( tức điện áp bằng 0) Đây chính là điện cực lắng ESP ( vì bụi sẽ lắng

trên điện cực này) Giữa hai tấm của điện cực lắng là dây điện được nối với cực âm của nguồn điện cao thế ( thường là -40 kV đến -60kV) một chiều Các dây này được gọi là điện cực quầng Dòng khí bụi được thổi vào không gian giữa hai điện cực lắng Tại đây hạt bụi được ion hóa và được tích điện âm Dưới tác dụng của điện trường mạnh, các hạt bụi sẽ chuyển động về phía điện cực lắng Trên bề mặt điện cực lắng, các hạt bụi này sẽ bị mất điện tích dính vào nhau tạo thành bánh bụi, còn khí sạch thoát ra ngoài Sau một thời gian nhất định các bánh bụi trên bề mặt điện cực sẽ được tách ra bằng cách rung lắc hay rửa

Ưu điểm: Hiệu suất tách bụi rất cao, tách được bụi có kích thước nhỏ ( 0,1µm ) Có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ, áp suất rộng, làm việc được đối với bụi khô và ướt, tổn thất áp suất nhỏ

Nhược điểm: Không thích hợp cho việc xử lý khí cháy nổ, chi phí đầu tư cho thiết bị rất lớn, thiết bị cồng kềnh, cấu tạo phức tạp, không thích hợp với xí nghiệp quy mô vừa và nhỏ

Phạm vi áp dụng: Cho bụi có d > 0,1µm, dùng rộng rãi trong các nhà máy như nhiệt điện, xi măng, vật liệu xây dựng, phân bón, luyện kim, gốm sứ…

Cơ chế: Tạo ra sự tiếp xúc giữa dòng khí bụi với chất lỏng ( thường là nước), bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và được thải ra ngoài dưới dạng bùn cặn

Các thiết bị tách bụi ướt:

-Tháp rửa (tháp phun tia)

Nước được phun thành dòng nhỏ ngược chiều hay vuông góc với dòng khí bụi Do tiếp xúc, các hạt bụi sẽ dính kết với các giọt nước và sẽ bị lắng xuống đáy Khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị Vận tốc trong thiết bị khoảng 0,6 – 1,2 m/s, tháp có thể có cấu tạo hình trụ hoặc hình hộp chữ nhật Một bộ phận khử sương mù được đặt ở cuối đường ra của dòng khí sạch để loại bỏ các giọt nước được mang theo bởi dòng khí

-Cyclon ướt

Có cấu tạo hình trụ, tận dụng được lực ly tâm do dòng khí được dẫn vào thiết

bị theo phương tiếp tuyến gây ra Dòng khí bụi được đưa vào phần dưới của thân hình trụ của thiết bị Nước được phun ra từ rất nhiều đầu phun nhỏ đặt trên một trục quay ở tâm của thân hình trụ Nhờ đó nước được phun thành tia từ tâm ra ngoài đi qua dòng khí dang chuyển động xoáy Các giọt nước sẽ bắt các hạt bụi Tiếp đó các hạt nước chứa bụi dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ văng ra phía ngoài và va chạm

vào thành ướt của cyclon Sau đó những giọt nước chứa bụi này theo thành cyclon chảy xuống dưới đáy và sẽ bị loại bỏ

-Thiết bị ventury

Dòng khí bụi đi từ trên xuống Tại chỗ thắt tốc độ của nó sẽ tăng đột ngột, đạt đến 50 – 80 m/s Cũng tại chỗ thắt có một dãy các lỗ phun nước vào Nước được phun vào khi gặp dòng khí có tốc độ cao sẽ bị dòng khí xé thành giọt min Bụi trong dòng khí sẽ va đập với các giọt nước và bị các giọt nước bắt Khi qua khỏi chỗ thắt

do thiết diện tăng dần nên tốc độ dòng khí giảm dần Các giọt nước sẽ lắng xuống phía dưới đáy của thiết bị, tạo thành bùn và sẽ tách ra ngoài

Ưu điểm của phương pháp tách bụi ướt: Giá thành đầu tư ban đầu thấp, có thể xử lý đồng thời cả khí và bụi, có hiệu suất tách cao đối với bụi có kích thước nhỏ Có thể vận hành ở nhiệt độ tương đối cao, không có hiện tượng bụi quay lại

Nhược điểm của phương pháp tách bụi ướt: Tiêu thụ năng lượng lớn, chi phí bảo dưỡng cao vì dễ bị ăn mòn, mài mòn điện hóa Tổn thất áp suất lớn đối với thiết

bị có hiệu suất tách bụi cao, sinh ra bùn thải

Phạm vi ứng dụng: Dùng để tách bụi có kích thước nhỏ kết hợp với tách một

số khí công nghiệp và làm nguội khí

 Xử lý khí ô nhiễm

- Xử lý khí SO2: Hấp thụ bằng nước, hấp thụ bằng dịch sữa vôi, hấp thụ bằng dung dịch của MgO ( Mg(OH)2)

- Xử lý NOx: Phương pháp khử ( khử xúc tác có chọn lọc, khử chọn lọc không xúc tác), phương pháp hấp thụ (hấp thụ bằng nước và dung dịch HNO3, ), phương pháp hấp phụ (sử dụng than hoạt tính)

- Xử lý hơi axit HCl và HF: Sử dụng thiết bị lọc ướt sử dụng dung môi là nước hay sữa vôi Có thể xử lý đồng thời với SO2

- Xử lý dioxin và furan: khống chế nhiệt lò đốt khoảng 1100o C đến 1200o

C

và thời gian lưu khí cháy trong lò đốt khoảng 1 -2 giây để đảm bảo không phát sinh khí độc hại như dioxin và furan Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp hấp phụ để loại bỏ các khí này Vật liệu hấp phụ thường dùng là than hoạt tính

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG

Lò đốt được thiết kế với quy mô 3,2 tấn/ngày Lò được vận hành mỗi ngày đốt trong 1 ca 8 tiếng

Như vậy từ đó ta có công suất thiết kế của lò :

3,2/8 = 0,4 tấn/h = 400kg/h

V.1 Một số đặc trưng cơ bản của lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại

Đối với lò đốt chất thải, lò công nghiệp hay các thiết bị đốt khác, chúng được

so sánh và được đánh giá chất lượng làm việc thông qua các thông số kỹ tuật và kinh tế đặc trưng nhất đó là:

- Chế độ nhiệt độ của lò: Nhiệt độ lò là nhiệt độ đặc trưng mang tính quy ước Nhiệt độ lò không phải là nhiệt độ của nguồn nhiệt (ngọn lửa vòi đốt) cũng không phải nhiệt độ mặt trong của tường lò, nóc lò Nhiệt độ của lò là nhiệt độ trung bình trong không gian làm việc của lò, thường nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn nhiệt và lớn hơn nhiệt độ của tường lò Nhiệt độ của lò có thể thay đổi theo không gian và thời gian làm việc của lò, sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian được gọi là chế độ nhiệt độ của lò

- Chế độ nhiệt của lò: Lượng nhiệt cung cấp cho lò ở mỗi thời điểm được gọi

là phụ tải nhiệt ở thời điểm đó, sự thay đổi phụ tải nhiệt theo thời gian được gọi là chế độ nhiệt của lò Người ta thường dựa vào yêu cầu công nghệ để chọn chế độ nhiệt độ của lò Sau khi xác lập được chế độ nhiệt của lò, ta tiến hành việc cấp nhiệt cho lò Lượng nhiệt cấp cho lò được tính toán thông việc thiết lập cân bằng nhiệt cho lò

- Công suất nhiệt của lò: Là phụ tải nhiệt lớn nhất mà lò có thể tiếp nhận được trong một đơn vị thời gian

- Công suất lò: Là khối lượng rác thải được đốt cháy hoàn toàn trong một đơn vị thời gian Công suất của lò phụ thuộc vào cường độ trao đổi nhiệt của lò, đặc tính công nghệ, chế độ nhiệt độ và cấu trúc của lò

- Hiệu suất sử dụng nhiệt của lò:

Hiệu suất sử d ng nhiệt có ích của lò là tỷ số giữa lượng nhiệt có ích để

đốtcháy hoàn toàn rác thải và toàn bộ nhiệt lượng cung cấp cho lò

ấ

Trong đó Qcó ích bao gồm: Nhiệt để đốt cháy rác thải, nhiệt đốt cháy xỉ

QΣcấp cho lò bao gồm: Lượng nhiệt tỏa ra do đốt cháy nhiên liệu, lượng nhiệt của không khí khi được gia công nhiệt để cấp cho lò đốt