Nội dung tiểu luận trình bày phương pháp đốt; đối tượng, văn bản pháp luật, lò đốt thùng quay, lò đốt tầng sôi; các yếu tố cần quan tâm trong quá trình đốt, phương pháp ổn định hóa rắn; phương pháp chôn lấp; tiêu chuẩn thiết kế bãi chôn lấp...
Trang 1CHƯƠNG 7: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI
NHÓM 7
Trang 2MỤC LỤC
7.1 PHƯƠNG PHÁP ĐỐT 4
7.1.1 Đối Tượng 4
a./ CTNH không nên đốt 4
b./ CTNH không được đốt 4
c./ CTNH nên đốt 4
7.1.2 Văn bản pháp luật 5
7.1.3 Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại 5
7.1.4 Phân loại công nghệ đốt CTNH 6
a./ Lò đốt thùng quay 6
b./ Lò đốt gỉ/vỉ cố đinh 7
c./ Lò xi măng 7
d./ Lò đốt tầng sôi 8
7.1.5 Các yếu tố cần quan tâm trong quá trình đốt 10
a./ Nhiệt độ 10
b./ Độ xáo trộn 10
c./ Thời gian 10
d./ Nhiên liệu trong quá trình đốt 11
e./ Lượng khí dư 11
7.2 PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH HÓA RẮN 11
7.2.1 Cơ chế của quá trình ổn định hóa rắn: 12
a./ Bao viên ở mức kích thước lớn 12
b./ Bao viên ở mức kích thước nhỏ 12
c./ Hấp thụ và hấp phụ 12
d./ Kết tủa và khử độc 12
7.2.2 Công nghệ ổn định hóa rắn CTNH 13
7.2.3 Các chất phụ gia để ổn định hóa rắn chất thải nguy hại 13
a./ Xi măng: 13
b./ Pozzolan 14
c./ Silic dễ tan 15
d./ Đất sét hữu cơ biến tính 15
e./ Các polymer hữu cơ 15
f./ Nhiệt dẻo 15
7.2.4 Yêu cầu kĩ thuật 16
a./ Sử dụng xỉ than 16
b./ Xi măng 16
7.3 PHƯƠNG PHÁP CHÔN LẤP 16
Trang 37.3.1 Đối tượng áp dụng 16
a./ Các tiêu chuẩn cần đáp ứng 16
b./ Các chất thải nguy hại thường được chôn lấp 16
7.3.2 Văn bản pháp luật 17
7.3.3 Tiêu chuẩn thiết kế bãi chôn lấp CTNH: 17
a./ Phân loại bãi chôn lấp: 17
b./ Lựa chọn vị trí bãi chôn lắp: 17
c./ Các công trình bãi chôn lấp: 19
d./ Thiết kế bãi chôn lấp CTNH: 20
7.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
Trang 4Chất thải có chứa thành phần các kim loại nặng như: thủy ngân (từ nhiệt kế, huyết
áp kế thủy ngân bị vỡ, chất thải từ hoạt động nha khoa), cadimi (Cd) (từ pin, ắc quy), chì (từ tấm gỗ bọc chì hoặc vật liệu tráng chì sử dụng trong ngăn tia xạ từ các khoa chẩn đoán hình ảnh, xạ trị)
Các chất thải có thành phần phóng xạ phát sinh từ các hoạt động chẩn đoán, điều trị tại các bệnh viện, từ các cơ sở nghiên cứu khoa học và từ các nhà máy, khu công nghiệp
CTNH nên đốt
Chất thải y tế nguy hại như: Dược phẩm quá hạn, kém phẩm chất không còn khả năng sử dụng, các mô, cơ quan, bộ phận cơ thể người, bào thai và xác động vật thí nghiệm, bơm kim tiêm, đầu sắc nhọn của dây truyền, dụng cụ đựng, dính bệnh phẩm Chất thải nguy hại hữu cơ bao gồm các thành phần hydrocarbon, dầu thải, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hữu cơ, dung môi đã qua sử dụng, sơn thải và dung môi
Bùn cặn từ công nghiệp lọc dầu, hóa chất, sản xuất giấy, từ xưởng in, từ quá trình
xử lý nước thải, đất nhiễm bẩn
Nhựa đường chua, đất sét, than hoạt tính đã qua sử dụng
Chất thải nhiễm khuẩn hoặc các loại hóa chất độc hại
Chất thải có chứa halogen như: dầu máy biến thế nhiễm PCB, CFC, clorophenol Đặc tính của chất thải được xử lý bằng phương pháp đốt có các thành phần như trình bày trong bảng
Trang 5Bảng7.1.1: Đặc tính của chất thải nguy hại có thể xử lý bằng phương pháp đốt
7 Thành phần gỗ, giấy bìa, giấy vụn >60 %
QCVN 41:2011/BTNMT:Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đồng xử lý chất thải
nguy hại trong lò nung xi măng
7.1.3 Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại
Có 2 quá trình chính diễn ra trong lò đốt: quá trình nhiệt phân(thiếu oxi), quá
trình oxi hóa (oxi dư).Quá trình oxi hóa để giảm nồng độ các chất ô nhiễm có trong
khí thải ra Các loại lò đốt:
• Lò 2 buồng đốt Thường có quá trình oxi hóa
và quá trình nhiệt phân
• Lò có bộ phận điều khiển không khí
• Lò đốt thùng quay thì chỉ có quá trình nhiệt phân
Đối với các lò đốt 2 buồng đốt thường được thiết kế trong giai đoạn đầu nhiệt
phân để làm giảm tốc độ khí, và giảm lượng các vật chất nhỏ bị cuốn theo
Lượng không khí dư sẽ được sử dụng để oxi hóa không khí trong cả buồng sơ cấp và
buồng thứ cấp Lò đốt 2 buồng được dùng phổ biến trong đốt chất thải nguy hại
+ Buồng đốt sơ cấp: Nhiệt độ trong buồng đốt sơ cấp khoảng 705 – 815 0C
Trong buồng đốt này thì một phần các chất thải hữu cơ dễ bay hơi sẽ bị bay hơi Các
chất thải khó phân hủy ở nhiệt độ tại buồng đốt sơ cấp sẽ chuyển sang buồng đốt thứ
cấp
Trang 6+ Buồng đốt thứ cấp: buồng đốt thứ cấp rất cần thiết cho quá trình đốt chất thải
nguy hại vì trong buồng đốt sơ cấp chất vẫn chưa cung cấp đủ thời gian, nhiệt độ và sự xáo trộn để phá hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy Nhiệt độ trong buồng đốt này thường là 1300 – 15000C Tại buồng đốt này cung cấp nhiệt độ để các chất thải hữu cơ bay hơi mà tại nhiệt độ đó thì hoàn thành quá trình oxi hóa Quá trình oxi hóa diễn ra tại nhiệt độ từ 980 – 12000C
7.1.4 Phân loại công nghệ đốt CTNH
có thể chuyển động song song phẳng theo phương ngang và theo bán kính lò Nhiệt độ đốt 14000C vì vậy có thể phân hủy được chất hữu cơ khó phân hủy
Kích thước lò: Đường kính từ 1,5- 3,6m, chiều dài 3 – 9 m Tỉ lệ đường kính theo chiều dài thường là 4:1 Lò đốt thùng quay được cấu tạo từ hai bộ phận gồm:
+ 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 được đạt với độ nghiêng từ 1-5% nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi lò đốt
Phần đầu của lò có lắp một béc phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp nhiên liệu nhằm cung cấp cho quá trình đốt nóng lò đốt Khi nhiệt độ lò đạt 800oC thì chất thải rắn được đưa vào để đốt Từ 800-900oC nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng để giữ nhiệt thì bộ đồt phun dầu/gas tự động ngắt Nếu hạ thấp hơn 800oC thì tự động làm việc trở lại Sản phẩm sau cùng được đưa tới buồng đốt thứ cấp
+ Buồng đốt thứ cấp: là một buồng đốt tĩnh, nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi
và khí hóa do quá trình nhiệt phân từ buồng sơ cấp Nhiệt độ ở đây thường từ
950oC– 11000C Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ cấp từ 1,5 - 2 giây Hàm lượng oxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là 6% Buồng đốt thứ cấp thường gắn liền
Trang 7với hệ thống tái sử dụng năng lượng như nồi hơi Nồi hơi sản xuất hơi cao áp chạy máy phát điện hoặc sản xuất nước nóng
• Ưu và nhược điểm:
+ Ưu Điểm
- Có thể đốt chất thải lỏng và rắn ( đốt chung hoăc đốt riêng)
- Không bị nghẹt (vỉ lò) do quá trình nấu chảy
- Chất thải có thể nạp ở dạng thùng hoặc dạng khối
- Kiểm soát thời gian lưu chất thải trong thiết bị
- Có thể nạp chất thải trực tiếp mà không cấn xử lý gia nhiệt chất thải
- Nhiệt độ vận hành lên tới 1400oC
+ Nhược điểm
- Chi phí cao
- Vận hành phức tạp
- Yêu cầu lượng khí dư lớn thất thoát qua các khớp nối
- Thành phần tro trong khí thải cao
Lò đốt gỉ/vỉ cố đinh
Cơ cấu giống với lò đốt thùng quay nhưng không có phần di động Trong buồng thứ cấp lượng khí cung cấp từ 50-80% lượng khí yêu cầu vì cho hai 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
Trang 8Hình 7.1.3.a : Công nghệ CK xử lý chất thải rắn và thu hồi nhiệt thừa phát điện
Hình 7.1.3.b: Sơ đồ chi tiết của lò đốt xi măng
Lò đốt tầng sôi
• Nguyên lý hoạt động
Trang 9Được sử dụng để xử lý chất thải lỏng, bùn, chất thải khí nguy hại
Chất thải được đưa vào loại vật liệu là cát, hạt nhôm, cacbonat canxi.Lớp cát trong vật liệu dày từ 40 -50cm nhằm: Nhận và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho rác ướt Quá trình oxi hóa nhiệt phân xảy ra trong lớp vật liệu này
Nhiệt độ vận hành từ 760o-870oC và lượng khí cấp sẽ dư từ 25-150% so với lý thuyết
Quá trình đốt: Gió thổi mạnh vào dưới lớp vỉ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân bố đều dưới đáy tháp làm lớp đêm cát, các phế liệu rắn, nhão đều được thổi tơi tạo điều kiện cháy triệt để.Trên vỉ phân bố gió là khu vực cháy sơ cấp nhiệt độ từ 850o-920oC, còn khoang trên là khu vực cháy thứ cấp nhiệt độ từ 990o-1100oC để đốt cháy hoàn toàn chất thải Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi ra môi trường
Trang 10- Nhiệt độ khí thải thấp, lượng khí dư yêu cầu nhỏ
- Hiệu quả đốt cao do diện tích tiếp xúc lớn
- Lượng nhập liệu không cần cố định
+ Nhược điểm:
- Khó tách phần không cháy được
- Lớp dịch chuyển phải tu sửa và bảo trì
- Nhiệt độ đốt phải khống chế ở 815oC nếu cao hơn sẽ phá vỡ lớp đệm
- Chưa được sử dụng nhiều trong xử lý chất thải nguy hại
Độ xáo trộn
Để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất thải nguy hại cần đốt và chất oxy hóa, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tại góc nghiêng thích hợp giữa dòng khí với béc phun để tăng khả năng xáo trộn
Thời gian
Thời gian cháy đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn Đối với lò đốt nhiệt phân, đảm bảo thời gian lưu cháy thích hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng đốt sơ cấp để cấp khí gas lên buồng đốt thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt
Trang 11Thời gian lưu cần thiết để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất khác nhau phụ thuộc vào bản chất của chất bị nhiệt độ đốt
Nhiên liệu trong quá trình đốt
Chất thải hữu cơ thường có nhiệt độ chá rất cao, nhưng nó cũng dùng một lượng nhiên liệu bổ sung để mồi cho quá trình cháy Một số chất thải nguy hại, khi lượng nhiệt cung cấp cho chất thải không đủ vì vậy cần bổ sung một số loại nhiên liệu để gia tăng nhiệt độ cháy
Mặt khác, ta có thể dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu nhằm tận dụng nhiệt cho các thiết
bị tiêu thụ nhiệt Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có thể chiếm 10 – 25% tổng khối lượng nhiên liệu
Lượng khí dư
Khí chất thải cháy thì chúng cần một lượng không khí nhất định, khi sản phẩm còn lại sau khi cháy không còn khí oxi thì đây gọi là quá trình cháy hoàn toàn nhưng điều này không thể xảy ra trong quá trình cháy Lò đốt luôn duy trì một lượng không khí dư để đạt được quá trình cháy Để cháy được thì người ta phải cung cấp oxi qua 2 giai đoạn Đầu tiên: Khởi động cho quá trình đốt Sau đó, cháy với một lượng không khí dư, lượng không khí dư này sử dụng trong lò đốt để điều khiển nhiệt độ trong lò vi lượng, không khí dư này dùng để hấp thụ lượng nhiệt phát sinh khi có phản ứng phụ xảy ra trong suốt quá trình cháy
Ổn định và hóa rắn là quá trình làm thay đổi tính chất của chất thải bằng việc sử dụng các chất phụ gia nhằm làm giảm khả năng phát tán vào môi trường cũng như làm giảm tính độc hại của chất ô nhiễm.Phương pháp này thường được áp dụng rộng rãi trong quản lý chất thải nguy hại và thường được áp dụng trong các trường hợp như:
• Xử lý chất thải nguy hại
• xử lý chất thải từ quá trình khác ( ví dụ tro của quá trình nhiệt )
• xử lý đất ô nhiễm khi hàm lượng chất ô nhiễm trong đất cao
Mục đích của phương pháp ổn định hóa rắn là làm giảm khả năng phát tán vào môi trường hay làm giảm tính độc của chất thải
Trang 127.2.1 Cơ chế của quá trình ổn định hóa rắn:
Có nhiều cơ chế khác nhau xảy ra trong quá trình ổn định chất thải như:
Bao viên ở mức kích thước lớn
Là cơ chế trong đó các thành phần nguy hại bị bao bọc vật lý trong 1 khuôn khổ
có kích thước nhất định và thành phần nguy hại nằm trong vật liệu đóng rắn ở dạng không liên tục Như vậy, các thành phần đã bị đóng rắn theo cơ chế bao viên ở mức có kích thước lớn có thể bị phân tán ra ngoài nếu như tính toàn thể của nó bị phá vỡ
Bao viên ở mức kích thước nhỏ
Các thành phần nguy hại được bao ở cấu trúc tinh thể của khuôn đóng rắn ở quy
mô rất nhỏ.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 thể bị bao bọc, nhưng chất thải nguy hại không biến đổi tính chất vật lý nên tốc độ phân tán của nó ra ngoài môi trường vẫn phụ thuộc vào kích thước bị vỡ ra theo thời gian của viên bào và tốc độ phân tán tăng khi kích thước hạt giảm
bị vỡ ra chất thải nguy hại có thể thoát ra ngoài Đất sét biến tính thường được sử dụng
để đóng rắn các chất thải hữu cơ
Kết tủa và khử độc
Kết tủa: là quá trình hóa rắn 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 để hóa rắn như: hydroxit, sulfua, silica, cacbonnate, phosphate Quá trình được sử dụng
để đóng rắn các chất thải nguy hại vô cơ như: bùn hydroxit kim loại
Khử độc: Là các 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
Trang 13ra là do kết quả của các phản ứng hóa học với các thành phần của chất kết dính, như khử độc chuyển Cr từ hóa trị VI thành Cr hóa trị III khi hóa rắn chất thải nguy hại chứa croom bằng xi măng hay chất kết dính có nguồn gốc từ xi măng
(3CaO.SiO2 và 2CaO.SiO2) Quá trình hóa rắn chất thải nguy hại bằng xi măng được thực hiện bằng cách trộn thẳng chất thải vào xi măng, sau đó cho nước vào để thực hiện quá trình hydrat hóa trong trường hợp chất thải không đủ nước Quá trình hydrat hóa xi măng tạo thành một cấu trúc tinh thể được tạo thành từ canxi- nhôm-silicat, kết quả là nó tạo thành khối giống như quặng và cứng
Trang 14Dưới dạng đơn giản, phản ứng của 3CaO.SiO2 và 2CaO.SiO2 được biểu diễn bằng phương trình sau:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O => 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 4H2O => 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
Các phản ứng phụ khác xảy ra trong quá trình hydrate hóa của xi măng portland còn tạo ra các gel silicat Các phản ứng này xảy ra rất chậm Phản ứng xảy ra nhanh nhất trong xi măng portland là
3CaO.Al2O3 + 6H2O => 3CaO.Al2O3.6H2O + nhiệt
Quá trình đóng rắn trên cơ sở xi măng được xem như là thích hợp nhất với các chất thải vô cơ, đặc biệt là các chất thải có chứa kim loại nặng Vì xi măng có độ pH cao nên các kim loại nặng được giữ dưới dạng các hydroxyt hoặc muối carbonate Chất hữu cơ can thiệp vào quá trình thủy phân xi măng dẫn tới độ bền của hỗn hợp giảm và khó đóng rắn, nếu sử dụng xi măng để ổn định chất thải nguy hại hữu cơ cần phải thêm chất phụ trợ để giảm sự can thiệp của chất hữu cơ vào quá trình thủy phân xi măng và làm tăng tính ổn định của hỗn hợp Các chất phụ gia này có thể là đất sét tự nhiên, thủy tinh lỏng,…
Ưu điểm: giá rẻ, thiết bị nhào trộn đơn giản, thiết bị khuôn đúc đơn giản và có
thể trung hóa các chất có tính axit do đặc tính kiềm cao của xi măng
Nhược điểm: một số thành phần trong chất thải có thể gây ảnh hưởng đến quá
trình hydrate hóa và lúa trình lắng đọng và đông cứng của xi măng làm cho cấu trúc kém bền
Pozzolan
Là chất có thể phản ứng với vôi có trong nước để tạo thành vật liệu có tính chất
xi măng
Các vật liệu pozzolan bao gồm xỉ than, xỉ lò và bụi lò xi măng Trong đó xỉ than
là loại pozzolan hay được dùng nhất, thành phần phổ biến của nó là 45% SiO2, 25% Al2O3, 15%Fe2O3, 10%CaO, 1% MgO, 1%K2O, 1% Na2O và 1%SO3 Ngoài ra còn
có carbon cháy chưa hết, hàm lượng của nó phụ thuộc vào lò đốt
Pozzolan được dùng để hóa rắn các chất vô cơ.Môi trường pH cao rất thích hợp cho các chất thải chứa kim loại nặng Ngoài ra, xỉ than còn có tác dụng để đóng rắn cả chất thải hữu cơ