Quản lý chất thải rắn Chương 1. Chương 2: THU GOM CHẤT THẢI RẮN VÀ CHẤT THẢI NGUY HẠI. CHƯƠNG 3. THU HỒI VÀ TÁI CHẾ CHẤT THẢI RẮN. CHƯƠNG 4: XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN. Chương 5. QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN. Đây là chương 4 trong series quản lý chất thải rắn.
Trang 1CHƯƠNG 4: XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN
4.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý
Mục tiêu của xử lý chất thải rắn là giảm hoặc loại bỏ các thành phần không mong muốn trong chất thải các kỹ thuật xử lý chất thải rắn có thể là các quá trình sau:
- Giảm thể tích, kích thước cơ học
- Giảm thể tích hoá học
- Tách loại theo từng phần
- Sấy khô hoặc gia tăng độ ẩm
Các yếu tố chúng ta cần xem xét khi xác định phương pháp xử lý
- Thành phần tính chất của chất thải rắn (chất thải sinh hoạt, công nghiệp hay nguy hại)
- Tổng lượng chất thải rắn cần được xử lý
- Khả năng thu hồi sản phẩm và năng lượng
- Yêu cầu đảm bảo vệ sinh môi trường
4.2 Các quá trình xử lý chất thải rắn:
- Quá trình tiền xử lý: dập, nghiền, cắt, xé, sàng, phân loại, tách từ,
- Các quá trình nhiệt phân: khí hóa, đốt, nung,
- Các quá trình sinh học: làm phân hữu cơ, biogas
- Chôn lấp hợp vệ sinh
Tuỳ thuộc vào thành phần và tính chất của chất thải rắn mà ta lựa chon các quá trình xử lý cho phù hợp
4.3 Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp sinh học.
4.3.1 Sản xuất phân hữu cơ (compost).
a Khái niệm: Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định
sinh hoá các chất hữu cơ để thành các chất mùn, với thao tác và kiểm soát một cách khoa học tạo môi trường tối ưu cho quá trình
b Ưu điểm của phương pháp làm phân hữu cơ:
- Giảm lượng chất thải phát sinh (khoảng 50% lượng chất thải sinh hoạt)
- Tạo ra sản phẩm phân hữu cơ phục vụ cho trồng trọt (thay thế một phần cho phân hóa học, tạo độ xốp cho đất, sử dụng an toàn, dể dàng)
- Góp phần cải tạo đất (giúp tăng độ mùn, tơi xốp của đất)
- Tiết kiệm bãi chôn lấp, giảm ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường của chất thải rắn
- Vận hành đơn giản, dễ bảo trì và kiểm soát chất lượng sản phẩm
- Giá thành để xử lý tương đối thấp
c Nhược điểm:
Trang 2- Yêu cầu diện tích đất để xây dựng nhà xưởng lớn.
- Chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa ổn định
- Gặp khó khăn khi tiêu thụ sản phẩm
- Mức độ tự động của công nghệ không cao
- Việc phân loại còn mang tính thủ công nên thường ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân làm việc
- Nạp nguyên liệu thủ công do vậy công suất kém
Yêu cầu những chất thải có hàm lượng hữu cơ dễ phân huỷ sinh học lớn hơn 50% Và xu hướng sử dụng phân hữu cơ được nhiều nơi chấp nhận, nhiều đô thị xây dựng nhà máy
d Cơ sở lý thuyết của quá trình làm phân hữu cơ
Rác thải sinh hoạt, rau quả thực phẩm, xác sinh vật chết (proteins, lipid, cacbon hydrat, xenlulo, lignin, tro đất) + O2 (không khí) tế bào mới + phân hữu cơ, celulo, lignin, tế bào chết + tro → Q, SO42-, NO2-, H2O, CO2
CaHbOcNd + mO2 nCwHxOyNz+ sCO2 + rH2O + (d-nz)NH3
Cân bằng phương trình theo các nguyên tố
đối với: C: a= nw + s
H: b= nx + 2r + 3(d-nz) O: c= ny + 2s + r - 2m N: d= nz + d- nz (như vậy không có ý nghĩa nên không cần phải xét đến)
m = 1/2(ny + 2s + r -c)
Do đó dựa vào cần bằng của phương trình phản ứng chúng ta có thể xác định được lượng ôxy cần thiết cung cấp cho phản ứng
e Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm phân hữu cơ:
- Vi sinh vật
Vi sinh vật theo nhiệt độ được phân thành ba nhóm
- Nhóm vi sinh vật ưa lạnh: -10 → 200C (150C)
- Nhóm vi sinh vật ưa ấm: 20 → 500C (350C)
- Nhóm vi sinh vật ưa nóng 45 →750C (550C)
Đối với quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong sản xuất phân hữu cơ, hai nhóm sinh vật ưa ấm và ưa nóng chiếm ưu thế Tuy nhiên những vi sinh vật này vốn tồn tại sẵn trong môi trường tự nhiên, chúng ta chỉ tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm sinh vật này sinh trưởng phát triển
- Kích cỡ:
Kích cỡ của rác thải thường không đồng nhất, như vậy không có lợi cho quá trình phân huỷ rác thảià do vậy chúng ta phải cắt để rác có kích cỡ theo yêu cầu để đạt được hiệu quả cao, tốt nhất là vào khoảng 5 cm
VSV + dd VSV
VSV + dd VSV
Trang 3- Tỷ lệ C/N.
Tỷ lệ C/N là một yếu tố cần chú ý đối với quá trình sản xuất phân hữu cơ, xác định nguồn dinh dưỡng cung cấp cho vi sinh vật trong quá trình ủ Giới hạn này có tỷ
lệ tốt nhất là vào khoảng từ 20 – 25/1 (trong đó bùn thường có tỷ lệ thấp, các chất thải vườn có tỷ lệ khá cao)
- Độ ẩm:
Độ ẩm là một trong những nhân tố quan trọng cần phải xem xét trong quá trình
ủ sinh học, độ ẩm thuận lợi nhất cho quá trình phân huỷ sinh học từ 50 - 60% Độ ẩm
có thể được điều chỉnh bằng cách trộn thêm các thành phần khô hoặc nước (nước bùn, phân hầm cầu) Khi độ ẩm thấp hơn 40% khả năng phân huỷ sinh học sẽ chậm đi nhưng độ ẩm quá cao sẽ ảnh hưởng đến quá trình lưu thông trao đổi khí trong các đống ủ
- Nhiệt độ:
Hệ thống phân huỷ sinh học hiếu khí được phân huỷ bởi các nhóm sinh vật ưa nhiệt trung bình (30 - 380C) và nhóm ưa nhiệt cao (55 - 600C) Trong quá trình theo dõi các hoạt động ủ rác sinh học đã phát sinh các phản ứng toả nhiệt liên quan đến quá trình hô hấp trao đổi chất Nhiệt độ của các đống ủ có thể được điều chỉnh bởi các dòng khí lưu thông Trong ủ rơm rạ có thể điều chỉnh gián tiếp bằng cách đảo trộn Nhìn chung sau quá trình trộn nhiệt độ giảm xuống 5 - 100C, nhưng nhiệt độ sẽ tăng trở lại với nhiệt độ ban đầu sau vài giờ đồng hồ Nhiệt độ trong đống ủ sẽ giảm sau dần sau khi đống ủ chín
- pH:
pH là một yếu quan trong trong quá trình ủ, việc điều chỉnh pH nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ủ Giá trị pH sẽ có biến động rất lớn trong suốt thời gian ủ
Giá trị khởi đầu của các thành phần hữu cơ trong rác đặc trưng từ 5 – 7, những ngày đầu tiếp theo giá trị pH <=5 Gia đoạn này sinh khối chất hữu cơ giai đoạn tích luỹ nhiệt, nhóm sinh vật ưa nhiệt trung bình sẳn có trong rác thải bắt đầu phát triển và nhiệt độ tăng lên nhanh chóng (sau khoảng 3 ngày) và đạt đến nhiệt độ cao, lúc này pH tăng lên 8 – 8,5 Sau đó quá trình ủ phân chín, nhiệt độ lạnh dần và pH giảm xuống 7 –
8 Nếu pH giảm xuống nhỏ hơn 4 thì quá trình ủ thất bại
- Các mầm bệnh.
Sự phân huỷ diệt các mềm bệnh của các sinh vật là quan trọng trong khi thiết kế các thành phần trong quá trình ủ sinh học, nó sẽ chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và quá trình hiếu khí Những thông tin về nhiệt độ giới hạn của các Ví dụ loài salmonella có thể bị phân huỷ trong 15 - 20 phút ở nhiệt độ 600C, hoặc trong một giờ ở nhiệt độ
550C Hầu hết các sinh vật gây bệnh đều chết nhanh chóng khi nhiệt độ đạt đến 550C, chỉ có một số loài sống sót ở nhiệt độ trên 670C trong thời gian ngắn
Sơ đồ công nghệ quá trình làm phân hữu cơ
Rác hữu cơ → cân → bãi tập kết → dùng cẩu, băng chuyền → băng tải phân loại thủ công→sàng quay →máy tách từ (thu kim loại) → băng tải →(thêm nước vào) nhà ủ phân (VSV) sau đó điều chỉnh N, P, K (độ ẩm trong vòng khoảng 50-60%, nhiệt
độ nhỏ hơn hoặc bằng 550C , thời gian trong vòng 21 ngày)
Trang 44.3.2 Sản xuất khí sinh học (phân huỷ yếm khí)
Khí sinh học là khí được tao ra trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều yếm khí, trong đó chúng ta sử dụng methan là khí đốt
CaHbNcOd + mH2O nCwHxOyNz + sCO2 + mCH4 + (d-nz)NH3 + Q + bùn + TB
Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí
thuỷ phân
axit hoá
Methan hóa:
Các phản ứng của các giai đoạn methan hóa
VSV
lipid polysacarid protit axit nucleic chất thơm axit béo monosacarid axit amin axit nucleic chất thơm
sản phẩm lên men,
axit Axetic
Propylic
Lactic
Butylic
Sacarit
H2, CO2, HCOOH,
CH3COOH, CH3OH, (CH
3)
3N
CH4 + CO2
Rác tươi
Sàn tập kết
Băng phân loại
Nghiền
Trộn Lên men
Ủ chín Sàng Tính chế Vê viên
Trộn N, P, K
Đóng bao
Băng chuyền
Phân hầm cầu
Bể chứa Tái chế
Cân
- Kiểm soát độ ẩm, nhiệt, cấp khí
- Thời gian 21 ngày
Trang 5H2 + CO2→ CH4 + 2H2O HCOOH → CH4 + CO2 + H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
CH3OH → CH4 + CO2 + H2O (CH3)3N + H2O → CH4 + CO2 + NH3
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí
+ Nguyên liệu: càng nhiều phân hữu cơ phân hủy sinh học càng tốt, phải tách các chất không thể phân huỷ sinh học ra
+ Kích thước càng nhỏ → mặt tiếp xúc càng lớn do đó phân hủy càng nhanh + Nước là một yếu tố quan trọng đối với quá trình phân huỷ yếm khí
- Loãng: 4 -8% pha rắn còn lại là nước
- Đặc thì chiếm từ 20 -30% pha rắn và phần cón lại là nước
+ Vi sinh vật tham gia vào quá trình: Tất cả những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của VSV giống đối với quá trình hiếu khí
Tỷ lệ C:N=30:1 (với tỷ lệ này thích hợp nhất cho quá trình phân của hủy của các vi sinh vật yếm khí)
4.4 Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp đốt.
4.4.1 Khái niệm chung.
Là quá trình ôxy hóa chất thải rắn bằng ôxy không khí ở điều kiện nhiệt độ cao
và là một phương pháp được sử dụng phổ biến của các nước phát triển trên thế giới
4.4.2 Ưu nhược điểm của quá trình đốt.
a Ưu điểm :
nước
nhiệt độ
50 0 C
bùn khí biogas
khí này chiếm 50%
là CH4
Trang 6- Phương pháp này là giảm được thể tích và khối lượng, của chất thải đến 70 - 90% so với thể tích chất thải ban đầu (Giảm một cách nhanh chóng, thời gian lữu trữ ngắn)
- Có thể đốt tại chỗ không cần phải vận chuyển đi xa
- Nhiệt tỏa ra của quá trình đốt có thể sử dụng cho các quá trình khác
- Kiểm soát được ô nhiễm không khí, giảm tác động đến môi trường không khí
- Có thể sử dụng phương pháp này để xử lý phần lớn các chất thải hữu cơ nguy hại
- Yêu cầu diện tích nhỏ hơn so với phương pháp xử lý bằng sinh học và chôn lấp
- Ô nhiễm nước ngầm ít hơn đối với phương pháp xử lý bằng chôn lấp
- Xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải rắn
- Giảm thể tích tối đa sau khi xử lý, cho nên tiết kiệm được diện tích chôn
- Tro thải ra sau khi đốt thường là những chất trơ
b Nhược điểm:
- Vận hành dây chuyền phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật và tay nghề cao
- Chi phí đầu tư ban đầu lớn
- Không phải mọi chất thải đều có thể đốt được
- Phải bổ sung nhiên liệu cho quá trình đốt
- Một số sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình đốt
Những chất đốt được: dung môi, dầu thải, bùn dầu, chất thải bệnh viện, dược phẩm quá hạn, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV), các loại chất dẽo, cao su, sơn, keo, các hợp chất PVCs, PCBs (poly chlorinated biphenyl)
Những chất không nên đốt: là các chất không cháy được, chất thải phóng xạ, chất thải dễ nổ,
4.4.3 Yêu cầu của một lò đốt
Một dây chuyền công nghệ đốt các chất thải nói chung yêu cầu bao gồm năm
bộ phận chính sau:
- Mặt bằng kho bãi và hệ thống tiếp liệu
- Thiết bị thiêu đốt
- Hệ thống thu hồi năng lượng (tuỳ thuộc vào từng điều kiện cụ thể)
- Các thiết bị phân tích và xử lý khói
- Kho bãi chứa các chất thải bả sau khi đốt
4.4.4.Những vấn đề cần quan tâm khi lựa chọn phương pháp đốt.
- Lượng chất thải phát sinh: xác định lượng chất thải có đảm bảo cho lò hoạt động liên tục không
Trang 7- Năng suất toả nhiệt của rác thải (thông thường đối với rác thải sinh hoạt nhiệt lượng 6.300 - 7.000 kJ)
- Các tiêu chuẩn môi trường: Trong quá trình đốt luôn kem theo quá trình thải các khí thải vào môi trường không khí do vậy phải yêu cầu hệ thống lọc khí đạt tiêu chuẩn môi trường
- Chọn vị trí: Chọn ví trí sao cho không ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng (tối thiểu 200m)
- Lựa chọn công nghệ
- Kinh phí: khả năng kinh phí của địa phương có thể đảm bảo đầu tư trang bị không?
- Doanh thu từ việc bán năng lượng
- Có khả năng thanh toán, tính toán cân đối các nguồn thu chi
- Lực lượng điều hành phương tiện này
4.4.5 Nguyên lý của quá trình đốt:
- Những chất cháy được: chất thải hữu cơ
CT hữu cơ + O2
4.4.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt
a Nhiệt độ đốt:
- Nếu nhiệt độ đốt nhỏ hơn 9000C, thường khói lò chứa dioxin, furan,
- Nhiệt độ từ 900 - 11000C → phần lớn các chất hữu cơ cháy hết nhưng PCB chưa cháy hết
- 12000C hầu hết đều bị cháy, tuy nhiên nhiệt độ đốt càng cao thì bản thân nhiệt tỏa ra của khí đốt không tỏa ra đủ đòi hỏi nhiên liệu phụ, do đó chi phí vận hành tăng lên, do vậy mà hiệu quả kinh tế sẽ thấp
Những nhiên liệu phụ: dầu, than, khí thiên nhiên
b Thời gian lưu của chất thải trong lò đốt:
Thời gian lưu ảnh hưởng nhiều đến hiệu xuất đốt của lò
Thời gian lưu : - Đối với pha rắn: 2 - 4 giờ (nhưng tùy thuộc vào kích thước của rác)
Nhiệt độ cao
tro xỉ (có thể chứa kim loại nặng)
furan, dioxin kim lọa thăng hoa: Cu, As, Ca, Pb, Hg, Ni
Trang 8- Đối với pha khí ít nhất là 4 giây.
Nhiệt độ tăng thì thời gian lưu giảm đi
Đối với lò đốt chất thải y tế ở Việt Nam theo Quy chế quản lý chất thải y tế
thì nhiệt đột của lò đốt ít nhất là 10000C
c Đảo trộn chất thải rắn: mục đích là tăng khả năng không khí tiếp xúc với chất thải để hiệu suất đốt cháy cao hơn
4.4.7 Một số loại lo đốt rác
a Lò ghi (Lò đốt thanh ghi): Là loại lò phổ biến nhất để thiêu đốt các chất thải
Lò ghi có nhiều kiểu lò nhưng khác nhau về kích thước, hình dáng và chế độ luân chuyển
Ưu điểm: Chi phí đầu tư rẻ, vận hành đơn giản.
Nhược điểm: Do chất thải không được đão trộn do đó chế độ vận hành không
được tốt
b.Lò quay:
Ưu điểm: - Có thể điều chỉnh được năng suất đốt do điều chỉnh góc
- Chất thải luôn được đảo trộn
- Dễ dàng tự động hóa
Nhược điểm: Giá thành đắt, đòi hỏi công nhân vận hành phải có trình độ tay
nghề cao đối với phương pháp đốt này giảm được lượng co, dioxin hình thành, giảm lượng CxHy đối với lượng dioxin trong thực tế thì co giảm đồng thời với lượng dioxin
ít Để giảm lượng NOx phun NH3 vào lò phản ứng khử NOx thành N2
Chất thải
không khí
Thứ cấp
Sơ cấp
Ghi lò
Không khí Phun dầu Không khí
W= 0,3 ÷ 3 vòng/phút Thứ cấp
Sơ cấp
Xỉ
Dầu
ngư ời
ϕ từ 2 ÷ 70
Trang 9c Lò liệu động
- Nguyên tắc của công nghệ này là đốt cháy chất thải trong lớp vật liệu trơ (cát) ở dạng
lơ lững nhờ cấp không khí từ phía dưới Nhưng khi sử dụng phương pháp này nhược điểm là rác thải phải được xử lý sơ bộ để cho các vật liệu đốt cso kích thước nhỏ hơn
10 cm
- Nguyên tắc hoạt động của loại lò này là phải đãm bảo sự pha trộn tốt giữa chất cần đốt và nhiên liệu à đảm bảo nhiệt độ đồng nhất trong lò Khi đảm bảo được các điều kiện đó làm cho chò có hiệu suất cháy cao hơn hẳn lò ghi
4.5 Xử lý chất thải rắn bằng công nghệ ép kiện.
Ép kiện được thực hiện trên cơ sở toàn bộ chất thải được tập trung thu gom vào nhà máy, rác được phân loại thủ công , các chất có thể tái chế được phân loại riêng, các chất còn lại được chuyển qua hệ thống nén ép bằng thuỵ lực với mục đích làm giảm thể tích tối đa tạo thành kiện Các kiện này được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như đắp đê, san bằng các vùng đất trũng sau khi phủ lên các lớp đất cát
* Ổn định chất thải rắn bằng công nghệ Hydromex.
Đây là công nghệ mới Công nghệ Hydromex nằm xử lý rác thải đô thị thành các sản phẩm phục vụ xây dựng, làm vật liệu, năng lượng và sản phẩm nông nghiệp hữu ích
Bản chất của công nghệ Hydromex là nghiền nhỏ rác sau đó polyme hoá và sử dụng áp lực lớn để nén ép định hình các sản phẩm
à Quy trình công nghệ như sau:
- Rác được thu gom chuyển về nhà máy à đưa vào máy cắt và nghiền nhỏ-> thiết bị trộn bằng băng tải
- Chất thải lỏng được pha trộn trong bồn phản ứng à bơm vào thiết bị trộn Chất lỏng và rác kết dính với nhau hơn sau khí cho thêm thành phần polyme Sản phẩm ở dạng bột ướt chuyển đến máy ép khuôn và cho ra sản phẩm mới Các sản phẩm này bền, an toàn về mặt môi trường
+ Công nghệ này có các ưu nhược điểm sau:
Khói
Tro xỉ Nạp liệu
Nạp liệu
Khói
Khi cấp
Trang 10- Công nghệ tương đối đơn giản, chi phí đầu tư không lớn
- Xử lý được cả chất thải rắn và lỏng
- Trạm xử ý có thể di chuyển hoặc cố định
- Rác sau khi xử lý tạo thành sản phẩm mang lại lợi ích kinh tế
- Tăng cường khả năng tái chế tận dụng chất thải
4.6 Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chôn lấp
4.6.1 Khái niệm và vai trò của bãi chôn lấp chất thải rắn.
Quy định của TCVN 6696 - 2000, định nghĩa bãi chôn lấp hợp vệ sinh: “Khu vực được quy hoạch thiết kế, xây dựng để chôn lấp các chất thải phát sinh từ các khu dân cư, đô thị và các khu công nghiệp Bãi chôn lấp chất thải rắn bao gồm các ô chôn lấp chất thải, vùng đệm và các công trình phụ trợ: trạm xử lý nước rác, khí thải, cung cấp điện, ”
Thực chất của chôn lấp là cho rác vào các ô chôn lấp và cô lập với môi trường xung quanh bởi lớp lót đáy, lót thành hai bên và lớp che phủ bên trên bề mặt, khí và nước rác sinh ra đều được thu gom xử lý riêng cho từng loại
Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp kiểm soát sự phân huỷ của chất thải rắn khi chúng được chôn nén và phủ lấp bề trên
Trong phương pháp xử lý chất thải rắn thì chôn lấp là phương pháp phổ biến và đơn nhất Chất đem đi chôn là những chất không tái chế, không làm phân hữu cơ, hay
là được thải ra từ các quá trình làm phân hữu cơ, đốt, quá trình khác, ở Việt Nam hiện tại trên 90% rác thu gom được đều xử lý bằng phương pháp chôn lấp
4.6.2 Phân loại bãi rác chôn lấp.
Bãi chôn lấp chất thải rắn có thể được phân loại theo nhiều hình thức khác
* Theo loại chất thải được chôn lấp
- Bãi chôn lấp rác sinh hoạt
- Bãi chôn lấp chất thải công nghiệp
Chất thải rắn
chưa phân loại
Kiểm tra bằng mắt
Cắt xé hoặc
nghiền nhỏ Làm ẩm Trộn đều
Ép hay đùn ra Sản phẩm mới
Chất thải lỏng
hỗn hợp Thành phần
polyme hoá
