Tìm hiểu một số công nghệ trong quản lý chất thải ngay hại

Quản lý chất thải nguy hại (CTNH) là một vấn đề tương đối mới mẻ và đang khá bức xúc trong công tác bảo vệ môi trường tại Việt Nam hiện nay. Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa mạnh mẽ của nước ta, lượng chất

Tìm hiểu một số công nghệ đốt trong quản lý chất thải nguy hại.

I MỞ ĐẦU.

Quản lý chất thải nguy hại (CTNH) là một vấn đề tương đối mới mẻ và đang khá bức xúc trong công tác bảo vệ môi trường tại Việt Nam hiện nay Cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá mạnh mẽ của nước ta, lượng chất thải cũng liên tục gia tăng, tạo sức ép rất lớn đối với công tác bảo vệ môi trường

Theo Cục Bảo vệ môi trường, Báo cáo hiện trạng môi trường 2004 thì tổng

lượng CTNH phát thải của Việt Nam trong năm 2003 vào khoảng 160 ngàn tấn và dự

báo tăng lên khoảng 500 ngàn tấn vào năm 2010 Tuy nhiên, theo báo cáo về công tác

quản lý chất thải sinh hoạt, công nghiệp, y tế của Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh,

thành phố trực thuộc Trung ương, 2009, số lượng CTNH phát sinh từ các địa phương

này đã vào khoảng gần 700 ngàn tấn Riêng số lượng CTNH được thu gom, vận chuyển,

xử lý bởi các đơn vị hành nghề quản lý CTNH liên tỉnh do Tổng cục Môi trường cấp

phép trong năm 2009 là hơn 100 tấn, chỉ đáp ứng được một phần nhỏ tổng lượng phát

sinh Lượng phát thải CTNH lớn như vậy, nếu không được quản lý chặt chẽ và xử lý an

toàn như những năm trước đây, là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Hơn

nữa, sự phát sinh CTNH ở Việt Nam rất đa dạng về nguồn cũng như chủng loại trong

khi công tác phân loại tại nguồn còn kém càng dẫn đến khó khăn cho công tác quản lý

và xử lý

Trước sự gia tăng nhanh chóng của chất thải nguy hại (CTNH), công tác quản lý,

xử lý hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ môi trường Một số công nghệ đã được sử dụng để xử lí chất thải như: lò đốt tĩnh hai cấp, chôn lấp, hóa rắn (bê tông hóa),

xử lí tái chế dầu thải, xử lí chất thải điện tử,…và một công nghệ cũng rất được quan tâm

đó là đồng xử lí trong lò nung xi măng, xử lý chất thải bằng công nghệ Plasma, lò đốt

tầng sôi Hiện nay, ở Việt Nam đã có gần 200 lò đốt rác thải y tế vận hành xử lý cho 73,3% số bện viện còn lại là sử dụng phương pháp đốt hoặc thiêu hủy ngoài trời, thủ công

Với lượng rác thải như vậy thì mức độ đầu tư sẽ cực lớn Vì vậy, yếu tố then chốt hiện nay là nghiên cứu tìm giải pháp công nghệ phù hợp, có suất đầu tư nhỏ mà vẫn đáp ứng nhu cầu hiện tại của Việt Nam Thách thức lớn nhất hiện nay đa số là công nghệ rất thô sơ, gây ô nhiễm MT.Thách thức thứ 2 là quy mô đầu tư Với mức đầu tư cao, chi phí mặt bằng lớn, nên công nghệ VN hiện rất hạn chế.Thách thức về nhận thức cũng là rào cản Hiện có rất ít hỗ trợ từ chính quyền TW lẫn địa phương trong xử lý chất thải

II Một số công nghệ đốt trong quản lý chất thải nguy hại.

II.1 Đặc điểm chung của công nghệ đốt

- Đốt là quá trình oxy hóa chất thải ở nhiệt độ cao Công nghệ này rất phù hợp để

xử lý CTRCN và CTNH hữu cơ như cao su, nhựa, giấy, da, cặn dầu, dung môi, thuốc bảo

vệ thực vật và đặc biệt là chất thải y tế trong những lò đốt chuyên dụng hoặc công nghiệp như lò nung xi măng Hiện tại, vùng KTTĐPN đang quan tâm đến việc liên kết với các nhà máy xi măng để xử lý một số loại CTNH (đã có dự án đốt thử nghiệm tại Nhà máy ximăng Holcim ở Kiên Giang) Tuy nhiên, để triển khai được theo hướng này, cần có thời gian chuẩn bị nhiều mặt, cả về pháp lý, nguồn lực thu gom vận chuyển, sự đồng thuận của cộng đồng và doanh nghiệp

- Theo các tài liệu kỹ thuật thì khi thiết kế lò đốt chất thải phải đảm bảo 4 yêu cầu

cơ bản: cung cấp đủ oxy cho quá trình nhiệt phân bằng cách đưa vào buồng đốt một lượng không khí dư; khí dư sinh ra trong quá trình cháy phải được duy trì lâu trong lò đốt

đủ để đốt cháy hoàn toàn (thông thường ít nhất là 4 giây); nhiệt độ phải đủ cao (thông thường cao hơn 1.000 độ C); yêu cầu trộn lẫn tốt các khí cháy - xoáy

 Ưu điểm của phương pháp đốt là:

+ Phân hủy hầu như hoàn toàn chất hữu cơ

+ Áp dụng cho các chất thải có khả năng cháy, cả chất thải nguy hại rắn, lỏng, khí, khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp

nhưng cũng có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm

+ Tùy theo các thành phần của chất thải mà khí thải sinh ra có các thành phần khác và sự oxhvà phân hủy nhiệt độ, các chất hữu cơ sẽ được khử độc tính và phá vỡ cấu trúc, các sản phẩm này thông thường được tạo là bụi, CO2, CO, Sox, Nox

+ Nhiệt độ đốt >1500 dộ c thì tỉ lệ phân hủy chất hữu cơ đạt đến 99,9999% thời gian xử lý nhanh, diện tích công trình nhỏ gọn

 Nhược điểm:

+ Việc thiêu đốt chất thải thường tạo ra các khí: HCL, HS, Cl2 và một số khí độc khác như đioxin và furan trong diều kiện không được giám sát chặt chẽ ( t0< 900 độ c)

II.2 Hiện trạng một số công nghệ xử lý CTNH điển hình ở Việt Nam.

( Theo giáo trình quản lý chất thải nguy hai _Trịnh thị thanh, nguyễn khắc kinh)

TT Tên công nghệ Nguyên lý Khu vực áp dụng Nhiệt độ đốt Công suất phổ biến Thời gian lưu

1 Lò đốt thùng

quay đốt trong ống CTNH được

trụ gạch chịu nhiệt quay

Đốt bất cứ loại CTNH nào( rắn, lỏng, hơi)

650- 1370

150 kg/h đối với lò đốt thùng quay

LQ 150

0,5 – 1,5 h

Buồng đốt

Mediburner

CTNH được đốt theo nguyên lý nhiệt phân 3 lò đốt.

Chủ yếu cho các loại rác bệnh việ, một số ít

là bùn thải của khu công nghiệp .

1400-1600 0 F 30kg/h 1,5 đến 2

giây

3 Lò đốt tầng sôi CTNH được

phun vào trong lớp sôi đã được đốt nóng.

CTNH rắn dạng viên 760- 1100

từ 50-1000

4 Đồng xử lý

trong lò nung

xi măng

CTNH được tiêu hủy dồng thời trong lò nung xi măng ở nhiệt dộ cao

Nhiều loại CTNH Khoảng > 1300 30 tấn /h Vài phút.

5 Công nghệ

plasma đưa vào buồngCTNH được

phản ứng trục đứng, sau đó qua ba giai đoạn xử lý

Đối với tất

cả các lại chất thải nguy hại

Có thể lên tới 70.0000 C

300 tấn/ngày Vài phút

II.2.1 Lò Đốt Thùng Quay

 Nguyên lý hoạt động cơ bản của một hệ thống lò đốt thùng quay như mô hình sau:



Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn rác tốt, đạt hiệu quả cao được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay 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 đốt nhiều cấp )

- Lò 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 bec 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 800 độ C thì chất thải rắn mới được đưa

vào để đốt Giai đoạn đốt sơ cấp, nhiệt độ lò quay khống chế từ 800 - 900 độ C, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ được nhiệt độ này thì bộ đốt phun dầu/gas tự động ngắt Khi nhiệt độ hạ thấp hơn 800 độ C thì bộ đốt tự động làm việc trở lại

- Buồng đốt thứ cấp (buồng đốt phụ):

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 – 1100 độ C Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ cấp từ 1,5 – 2 giây 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 được xáo trộn mãnh liệt để cháy triệt để Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi trường

 Tùy từng loại lò đốt thùng quay: Lò đốt thùng quay LQ-10 hay LQ-150 được thiết

kế để xử lý nhiều loại rác thải: thành phần hữu cơ trơ của rác sinh hoạt (RDF), rác công nghiệp (nguy hại và không nguy hại), rác y tế, sản phẩm phế thải (hóa chất, dược phẩm, thực phẩm,… hỏng hoặc quá hạn sử dụng buộc phải thiêu hủy, xác động vật nhỏ như gà, vịt,…)

Công suất nhiệt của lò là 2.000.000 kcal/giờ tương đương với 500 kg/h loại rác

có nhiệt trị 4.000 kcal/kg (Ghi chú : đối với rác có nhiệt trị nhỏ hơn 4000 kcal/kg thì năng suất đốt của lò lớn hơn 500 kg/giờ và ngược lại)

Hay đối với Lò đốt thùng quay LQ-150 thì Công suất: 680.000 kcal/h tương đương 150kg/h

 Ưu điểm:

- Áp dụng cho cả chất rắn và chất lỏng.

- Có thể kết hợp hặc đốt riêng chất rắn và chất lỏng.

- Không bị nghẹt gi do có quá trình nấu chảy.

- Có thể nạp chất thải ở dạng thùng hoặc khối.

- Linh động trong cơ cấu nạp ddienj.

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

- Có thể vận hành ở nhiệt độ 1400

 Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư lớn, đòi hỏi tiêu chuẩn cơ khí cao

- Lò quay phát sinh nhiều bụi nên cần phải đầu tư thêm hệ thống lọc bụi túi vải hoặc lọc bụi tĩnh điện Hiện nay Việt Nam đang có một số cơ sở nghiên cứu lắp đặt lò đốt quay nhưng đều chưa đến giai đoạn được cấp phép

- 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.2.2 Lò đốt rác nhiều Buồng đốt Mediburner có hệ thống kiểm soát khí.

 Nguyên lý hoạt động

- Thiết bị điều chỉnh khí cho mỗi buồng đốt để phù hợp với tỷ trọng mỗi mẻ chất

rác, đặc biệt đảm bảo cháy hết và không tạo khói Lò đốt rác Medda được điều khiển bởi

hệ thống điện tử Hệ thống điều khiển điện tử hoạt động dựa trên “Thời gian đốt” do người vận hành lựa chọn Với các mẻ đốt có tỷ trọng rác thải thấp thì chỉ cần áp dụng chu

trình thời gian đốt ngắn hơn so với các mẻ đốt có tỷ trọng rác thải lớn để tiết kiệm thời gian và nhiên liệu

- Sử dụng các thiết bị có vận tốc lớn, đốt nhiều điểm và một hệ thống phun khí thứ cấp để điều khiển tốc độ cháy Nhiệt lượng “quy tắc ngón tay cái” của các loại chất thải đạt khoảng 5500BTU/lb đối với các chất thải rắn sinh hạt và khoảng 8600BTU/lb tới 10,000BTU/lb với các chất thải y tế có hàm lượng nhựa cao (MWI)

Chu trình đốt đối với kiểu thiết kế tiếp liệu một lần thường diễn ra trong khoảng 5 tới 7 giờ, trong khi thiết kế cấp liệu nhiều lần sử dụng bộ nạp liệu sẽ tăng công suất của lò đốt khi các chất thải rắn được tính toán để đạt được tỉ lệ cháy tối đa Những hệ thống lớn

có thể được cung cấp hệ thống giữ lại tro và hệ thống lấy tro để tăng năng suất và giảm lao động

Buồng đốt sơ cấp và thứ cấp:

+ Lò đốt có 3 buồng đốt; buồng đốt sơ cấp, buồng đốt thứ cấp và buồng đốt phụ, Hoạt động theo nguyên lý nhiệt phân 3 buồng đốt

+ Hai buồng đốt chính với nhiệt độ trên 1000oC

+ Buồng đốt sơ cấp và thứ cấp: Được thiết kế chứa dung tích lớn, có 3 lớp, lớp thứ nhất là lớp thép dày 8mm chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn của axit, lớp thứ 2 là lớp xốp cách nhiệt đặc biệt chịu nhiệt độ 13000C dày 50mm, lớp thứ 3 là lớp bê tông chịu lửa chịu nhiệt độ cao 17000C dày 150mm

+ Buồng đốt phụ F 380 x 2000 (mm) được thiết kế có hai lớp, lớp thứ nhất là lớp théo dày 5mm lớp thứ hai lớp bê tông chịu lửa chịu nhiệt độ cao 17000

C dáy 50mm

Loại lò đốt:

-Hoạt động theo nguyên lý nhiệt phân, ba buồng đốt -Hoạt động hoàn toàn tự động bằng hệ thống điều khiển tự động

-Chất rác thải và lấy tro/ xỉ bằng tay

còn trong quá trình

hoạt động 5A -Nhiên liệu: Dầu Diesel Công suất và nhiên liệu tiêu thụ -Công suất tiêu thụ 0.35 kw/ giờ

-Nhiên liệu Diesel tối đa 7,5 lít/ chu trình 30 phút Buồng đốt: -Được làm bằng vật liệu cao cấp, thép tấm carbon

cuộn 11 gauge

3 “T”:

-Nhiệt độ: Nhiệt độ đốt cháy trong buồng đốt thứ cấp trên 1000 0C

-Thời gian: Thời gian lưu cháy tại buồng đốt thứ cấp

là từ 1,5 đến 2 giây -Khuấy trộn:

Theo nguyên lý cơ học và khí động học điều khiển luồng không khí

-Vận tốc của luồng khói là 27.5m/s

Hệ thống giám sát và điều khiển:

- Hoạt động hoàn toàn tự động từ khi khởi động, làm sạch, làm nóng, đốt

cháy, làm lạnh và kết thúc

- Quá trình tiêu hủy được hoàn toàn điều khiển tự động trong phạm vi từ

1000 0C đến 1035 0C trong quá trình đốt cháy

- Chức năng “High and Shut off” tránh nhiệt độ quá cao và tiết kiệm nhiên liệu trong khi hoạt động

 Ưu điểm của lò đốt rác Mediburner.

- Lò đốt rác Mediburner có khả năng tiêu hủy tối ưu đạt tới 97% khối lượng và thể tích rác thải đưa vào

- Dễ dàng vận hành với hệ thống điều khiển tiên tiến đáp ứng được mục đích tiêu hủy hoàn toàn khi đốt cháy các loại rác nhiễm trùng và rác bệnh phẩm

- Điều khiển tự động hoặc được cài đặt trước lúc khởi động và kết thúc.

- Hai buồng đốt chính với nhiệt độ trên 1000oC

- Kiểm soát nhiệt độ để tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả

- Nhiệt độ có thể đọc được trên thanh panel điều khiển giúp kiểm soát liên tục hoạt động của từng buồng đốt

- Cảnh báo và hiển thị số khi nhiệt độ buồng thứ cấp vượt khỏi phạm vi 1000o

C-1035oC

- Thiết bị điều chỉnh lưu tốc khí cho mỗi đầu đốt

 Nhược điểm:

- Không tận dụng được nhiệt lượng trong lò đốt để tuần hoàn sử dụng

- Không tận dụng lượng tro xỉ sản xuất ra sản phẩm mới

- Do sử dụng nguồn điện hoặc diesezel nên chi phí vận hành tốn kém hơn

II.2.3 Lò Đốt Tầng Sôi (Tháp Đốt Tầng Sôi).

 Nguyên lý hoạt động:

- Thuộc loại lò đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt độ cao Đặc điểm của tháp là luôn chứa một lớp cát dày 40 – 50cm nhằm: Lớp cát nhận nhiệt và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho rác ướt Lớp cát được gió thổi xáo động là chất thải rắn bị tơi ra, xáo động theo nên cháy dẽ dàng Chất

thải lỏng khi bơm vào lò sẽ bám dính lên bề mặt các hạt cát nóng đang xáo động, nhờ vậy sẽ bị đốt cháy còn thành phần nước sẽ bay hơi hết

- Quá trình đốt tầng sôi: Gió thổi mạnh vào dưới lớp vỉ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân

bố đều dưới đáy tháp làm lớp đệm cát cùng các phế liệu rắn, nhão đều được thổi tơi, tạo điều kiện cháy triệt để Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấp nhiệt độ buồng đốt từ 850 – 920 độ C, còn khoang phía trên phình to hơn là khu vực cháy thứ cấp có nhiệt độ cháy cao hơn (990 –

1100 độ C) để đốt cháy hoàn toàn chất thải Trong tháp sôi cần duy trì một lượng cát nhất định tạo một lớp đệm giữ nhiệt ổn định và hỗ trợ cho quá trình sôi của lớp chất thải đưa vào đốt Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi trường

 Ưu điểm:

- Đây là công nghệ đốt có hiệu suất tiết kiệm năng lượng cao hoặc tái sử dụng năng lượng do chất thải tạo thành

- Khả năng cấp nhiệt cho chất thải đến nhiệt độ cháy cao

- Ít sinh ra bụi

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

- Có thể đốt được cả ba dạng : rắn , lỏng khí

- Thiết kế đơn giản và hiệu quả nhiệt cao

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

- Lượng nhập liệu không cần cố định

 Nhược điểm:

- Lò đốt tầng sôi có tốc độ mài mòn bề mặt đốt và truyền nhiệt rất cao, do đó tính kinh tế của nó kém hơn so với lò đốt thông thường

- Khó tách phần không cháy được

- Lớp dịch chuyển phải được tu sửa và bảo trì

- Có khả năng phá vỡ lớp đệm

- Nhiệt độ đốt bị khống chế bởi nếu cao hơn 815 độ C có khả năng phá vỡ lớp đệm

- Chưa được sư dụng nhiều trong xử lý chất thải nguy hại

II.2.4 Đồng xử lý trong lò nung xi măng

Công nghệ này mới được sử dụng bởi hai cơ sở sản xuất xi măng tại Kiên Giang

và Hải Dương

 Nguyên lý:

Gồm 5 quá trình chính:sấy  tiền nung  tiền nung  nung vôi  nung chảy  làm nguội

- Thực chất đây là dạng lò đốt thùng quay Chất thải được sử dụng như là nguyên liệu cho quá trình nung clanhke

Hình 2 Hệ thống lò nung xi măng và bộ phận nạp CTNH dạng lỏng