Theo thống kê, các thành phần chính của phế thải rắn từ quá trình gia công sản xuất da giầy ở Việt Nam, phế thải da thuộc khó phân hủy chiếm tỷ lệ lớn gần 80%.
Trang 1NGHI£N CøU THIÕT KÕ, CHÕ T¹O
Tæ HîP THIÕT BÞ NHIÖT PH¢N NHIÖT §é THÊP
T¸I CHÕ PHÕ TH¶I GIÇY DA
THµNH NHI£N LIÖU
TS DZYng Văn Long, KS Đinh Qusc CZyng Vinn Nghiên c~u CY khí, Bw Công ThZYng
Tóm tắt
Theo thống kê, các
thành phần chính của
phế thải rắn từ quá
trình gia công sản xuất da giầy
ở Việt Nam, phế thải da thuộc
khó phân hủy chiếm tỷ lệ lớn
gần 80% Nếu không có giải
pháp tái xử lý, lượng phế thải
này sẽ là một trong những
nguyên nhân gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng với các
khu vực xung quanh Bằng
nghiên cứu thực nghiệm, Viện
Nghiên cứu Cơ khí (NARIME)
đã thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết
bị nhiệt phân, ứng dụng xử lý
chất thải có nguồn gốc hữu cơ,
tiêu biểu là phế thải da thuộc
thành các sản phẩm dạng
nhiên liệu Ngoài ra, tổ hợp
thiết bị thân thiện môi trường,
quá trình hoạt động không tạo
ra ô nhiễm thứ cấp Kết quả
chạy khảo nghiệm trên tổ hợp
thiết bị đã chế tạo xử lý phế thải
da thuộc từ nhà máy gia công
sản xuất giầy da cho sản phẩm
dầu, khí và than nhiệt phân có
giá trị nhiệt trị tương đương các
nhiên liệu truyền thống Kết quả của đề tài là tiền đề quan trọng cho việc xây dựng giải pháp tái sử dụng chất thải nguồn gốc hữu cơ khó phân hủy như phế thải da thuộc
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, ngành Da-Giày Việt Nam đã tăng trưởng mạnh mẽ, một mặt góp phần tích cực cho sự phát triển của đất nước, mặt khác
đã làm phát sinh lượng chất thải rắn khó phân hủy ngày càng lớn Ngành Da-Giày Việt Nam tập trung chủ yếu vào gia công xuất khẩu Các nhà máy sau khi nhận nguyên phụ liệu
từ đối tác nước ngoài (hoặc trực tiếp mua toàn bộ hay một phần nhỏ nguyên liệu) sẽ tiến hành tổ chức gia công sản xuất
sử dụng nhiều chất độc hại, các chất chứa kim loại nặng nên phát thải chất thải rắn, nhất
là chất thải rắn khó phân hủy (cao su, vụn xốp, da thuộc…) Chất thải rắn trong quá trình sản xuất giầy dép, túi ví da chủ
yếu là chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất như các loại bavia, đế giầy, dép bằng các vật liệu như da thuộc, cao su…
Vì vậy, việc tạo ra thiết bị xử lý, tái chế hiệu quả phế thải nguồn gốc hữu cơ như da thuộc đang được các nhà khoa học, nhà quản lý và các doanh nghiệp hết sức quan tâm
Hiện nay, phương án xử lý chủ yếu được áp dụng đối với các thành phần hữu cơ khó phân hủy là phương án chôn lấp hoặc đốt thiêu hủy Tuy nhiên, với phế thải da thuộc, thời gian phân hủy kéo dài đến hàng chục năm cùng lượng nước rỉ rác lớn phát sinh đã làm các bãi chôn lấp quá tải Với phương án đốt thiêu hủy, chỉ có khu xử lý tại các đô thị lớn là đầu tư lò đốt nhưng không đủ công suất xử lý cũng như hiệu quả xử lý khói lò không cao, làm phát sinh ô nhiễm không khí với các khí độc như SO2, CO2, dioxin,
Trang 2furan Đặc biệt, phương pháp
đốt thiêu hủy phế thải da thuộc
gây ra vấn đề ô nhiễm không
khí nghiêm trọng do sự phát
thải Crôm hóa trị sáu (Cr6+),
hợp chất hữu cơ halogen,
hydrocarbon thơm… vào môi
trường Các kết quả nghiên
cứu trên thế giới đã cho thấy,
trong quá trình đốt thiêu hủy
phế thải da thuộc ở 800°C, có
40% Cr3+ được chuyển đổi
thành Cr6+ Các loại sản phẩm
chính độc hại hình thành từ Cr3+
trong quá trình đốt là Cr2(SO4)3,
CrOCl2 và Cr2O3 Đây là các
chất mà sau đó bị chuyển đổi
thành Cr6+, phát tán trong môi
trường, dễ dàng xâm nhập vào
các tế bào sống, gây ảnh
hưởng độc hại cho tế bào và là
nguyên nhân gây ra nhiều bệnh
ung thư khác nhau Tiếp xúc
ngắn trên mức ô nhiễm tối đa,
Cr6+ gây ra tình trạng dị ứng
nặng hoặc lở loét da và dạ dày
Tiếp xúc lâu dài trên mức ô
nhiễm tối đa có thể gây ra viêm
da, tổn thương gan, suy thận,
phá hủy mô thần kinh và tử
vong [1] Nhằm khắc phục
nhược điểm của các phương
pháp nêu trên, một trong
những phương pháp đang
được hướng tới sử dụng trên
thế giới là công nghệ nhiệt
phân nhiệt độ thấp với việc tái
sử dụng năng lượng chất thải
công nghiệp Bài báo này trình
bày kết quả của đề tài “Nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo tổ hợp
thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp
tái chế phế thải giày da thành
nhiên liệu” do nhóm tác giả của
Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ
Công thương thực hiện
II ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TRONG PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN XỬ LÝ PHẾ THẢI TỪ GIA CÔNG SẢN XUẤT GIẦY DA
Công nghệ nhiệt phân nhiệt
độ thấp được coi là tiềm năng trong các công nghệ xử lý với mục đích tái sử dụng năng lượng chất thải công nghiệp và chất thải sinh hoạt nguồn gốc hữu cơ do mức độ tiêu thụ năng lượng cho quá trình xử lý thấp, công nghệ xử lý không phát sinh ô nhiễm thứ cấp, tỷ lệ chôn lấp nhỏ và sản phẩm nhiệt phân có giá trị sử dụng cũng như có giá trị kinh tế
Thiết bị nhiệt phân là cơ sở và
là chìa khóa quyết định hiệu quả tái chế chất hữu cơ về tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân rắn, lỏng, khí tạo thành và giá trị sử dụng của chúng
Hiện nay, tồn tại nhiều loại thiết bị nhiệt phân có cấu tạo và nguyên lý làm việc khác nhau
Theo nguyên tắc phản ứng chính là truyền nhiệt giữa nguồn nhiệt và khối lượng chất hữu cơ được xử lý, các thiết bị
có thể được chia thành dạng
thiết bị nhiệt phân gia nhiệt gián tiếp (truyền nhiệt từ bên ngoài thiết bị) và thiết bị nhiệt phân gia nhiệt trực tiếp (truyền nhiệt đối lưu trực tiếp trong lòng thiết bị)[2] Mỗi thiết bị đều có ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên, cho đến nay chưa có thiết bị nào được công nhận là thiết bị nhiệt phân lý tưởng Vì vậy, việc phát triển thiết bị nhiệt phân đáp ứng các tiêu chí về
kỹ thuật (hiệu quả xử lý, mức
độ cơ khí - tự động hóa ), về kinh tế (chi phí đầu tư, vận hành, xử lý chất thải thứ cấp, giá trị sản phẩm tái chế, thị trường tiêu thụ sản phẩm nhiệt phân ) và về an toàn, thân thiện môi trường (chỉ số an toàn
kỹ thuật, chỉ số thân thiện môi trường ), dễ dàng mở rộng trong công nghiệp vẫn được coi
là trọng tâm của việc nghiên cứu và là một trong những hướng chính của công nghệ nhiệt phân trên toàn thế giới
III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN BẰNG THỰC NGHIỆM
Đối tượng được lựa chọn tiến hành nghiên cứu là phế thải da thuộc thu gom từ nhà
Hình 1 Phj th`i da thuwc t quá trình gia công s`n xuat giby da
Trang 3máy gia công sản xuất giầy da xuất khẩu Đây là phế thải nguồn
gốc hữu cơ có tỷ lệ lớn trong thành phần CTR công nghiệp phát
sinh từ quá trình gia công giày da
Chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp được thực hiện
trên cơ sở kết quả nghiên cứu thực nghiệm, kết quả nghiên cứu
tính toán thiết kế tại Trung tâm Công nghệ và Thiết bị Môi trường,
Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương Tổ hợp thiết bị nhiệt
phân nhiệt độ thấp công suất 50 kg/mẻ đã được chế tạo (h.2) và
chạy khảo nghiệm xử lý các đối tượng phế thải nguồn gốc hữu cơ
như da thuộc, cao su, nhựa…
Tổ hợp thiết bị nhiệt phân này được thiết kế chế tạo hoạt động
theo nguyên lý hóa hơi chất hữu cơ bằng cách gia nhiệt gián tiếp
từ bên ngoài lò phản ứng, sau đó hơi nhiệt phân được phân ly,
ngưng tụ để tách các pha rắn, lỏng, khí trong hỗn hợp hơi - khí
nhiệt phân tạo thành
Với tiêu chí thiết kế mở, dễ dàng điều chỉnh, hiệu chỉnh các
thông số, mức độ tự động hóa kiểm soát, điều khiển chế độ hoạt
động trong quá trình vận hành cao, tổ hợp thiết bị pilot nhiệt phân
nhiệt độ thấp xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơ được xây dựng
gồm các thiết bị chính như sau: (1) Lò phản ứng nhiệt phân; (2)
Buồng cấp nhiệt; (3) Thiết bị phân ly I; (4) Thiết bị ngưng tụ dạng
gián tiếp; (5) Thiết bị hấp thụ-ngưng dầu trực tiếp; (6) Thiết bị phân
ly III; (7) Hệ thống tái sử dụng khí nhiệt phân làm nhiên liệu cho tổ
hợp
Nguyên lý ho_t đwng:
Nguyên liệu được đưa vào lò phản ứng nhiệt phân với khối lượng 50kg/mẻ Sau khi nhận
đủ khối lượng chất thải rắn cần
xử lý, nắp lò phản ứng nhiệt phân được đóng kín, khởi động
bộ phận cấp nhiệt Nhiệt độ của
lò phản ứng được cài đặt theo giá trị định trước tại tủ điều khiển Nhiên liệu được sử dụng cho đầu đốt cấp nhiệt là dầu
DO (hoặc dầu nhiệt phân) và khí nhiệt phân không hóa lỏng được còn lại trong quá trình
hoạt động của hệ thống thiết bị Khí thải (sản phẩm cháy) từ buồng cấp nhiệt theo
hệ thống đường ống qua bộ phận xử lý khí thải dùng than hoạt tính và được thải ra môi trường qua ống khói Phản ứng nhiệt phân xảy ra khi nhiệt
độ trong lò phản ứng đạt giá trị nhiệt độ nhiệt phân đã thiết lập Phế thải da thuộc
bị nhiệt phân thành hỗn hợp khí - hơi nhiệt phân đi ra khỏi
lò phản ứng sang hệ thống thiết bị phân ly, ngưng tụ hóa lỏng, phần còn lại là than nhiệt phân
ở lại trong lò phản ứng sẽ được lấy ra ở giai đoạn kết thúc mẻ nhiệt phân bằng bộ phận tháo tro ở đáy lò và chuyển vào thùng chứa
Hỗn hợp khí - hơi nhiệt phân sau khi ra khỏi lò phản ứng qua cửa ra khí ở đỉnh lò đi qua thiết
bị phân ly I – cyclone đơn –
Hình 2 Tu h{p thijt bp nhint phân nhint đw thap
do NARIME thijt kj chj t_o
Trang 4tách phần tro than bị cuốn theo
trong quá trình chuyển động
của dịng khí-hơi Phần tro than
(nếu cĩ) được tách bởi thiết bị
phân ly I sẽ chuyển đến thùng
chứa Hỗn hợp khí-hơi nhiệt
phân đã được tách tro than sẽ
qua cửa ra ở đỉnh thiết bị phân
ly I, chuyển sang thiết bị ngưng
tụ dạng gián tiếp, thiết bị hấp
thụ - ngưng dầu dạng trực tiếp
để thu dầu nhiệt phân Phần
khí nhiệt phân khơng hĩa lỏng
được cịn lại sẽ di chuyển sang
thiết bị phân ly III - cĩ nhiệm vụ
tách pha lỏng và pha khí, pha
lỏng chảy theo đường ống ra
ngồi, khí nhiệt phân được đi
tiếp đến buồng cấp nhiệt làm
nhiên liệu cho quá trình cháy
cấp nhiệt cho quá trình nhiệt
phân
Sản phẩm dầu nhiệt phân sẽ
được đưa vào bình chứa sản
phẩm hoặc cung cấp cho
buồng cấp nhiệt làm nhiên liệu
Cặn dầu được thu gom riêng
và chuyển vào lị phản ứng để
nhiệt phân trong mẻ tiếp theo
Nhen xét:
Kết quả thực nghiệm cho
thấy, phế thải da thuộc trên kém
bền với nhiệt nên dễ bị phân
hủy bởi nhiệt Ở chế độ nhiệt độ
thích hợp (trong khoảng 280 –
4000C), áp suất thấp (< 1 at),
trong mơi trường khơng cĩ oxy
hoặc thiếu oxy, phế thải da
thuộc bị phân hủy (phản ứng
cracking nhiệt) tạo thành than
bán cốc, dầu nhiệt phân (sau
ngưng tụ) cĩ hàm lượng lưu
huỳnh rất thấp và khí nhiệt phân
(khí tổng hợp cĩ đặc tính hĩa lý
như khí biogas) [2, 3]
Các sản phẩm này đều cĩ giá trị về mặt năng lượng: nhiệt trị than nhiệt phân cĩ giá trị tương đương nhiệt trị than cám 5, nhiệt trị dầu nhiệt phân cĩ giá trị gần bằng nhiệt trị dầu FO, DO; lượng khí nhiệt phân lớn được quay lại sử dụng trực tiếp đốt gia nhiệt cho quá trình nhiệt phân, gĩp phần giảm chi phí vận hành Sản phẩm cháy của dầu, khí và than nhiệt phân qua quan trắc, đo đạc phân tích đều an tồn về các chỉ tiêu phát thải, hồn tồn cĩ thể
sử dụng làm nhiên liệu đốt
Kết quả quan trắc, đo đạc phân tích được thể hiện trong các bảng 1, 2, 3, 4
Mặt khác, qua nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được khoảng nhiệt độ diễn ra quá trình nhiệt phân, chế độ nhiệt độ phù hợp với mục tiêu tạo tỷ lệ sản phẩm dầu nhiệt phân nhiều nhất; hướng điều chỉnh chế độ nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ nâng nhiệt
để thu được tỷ lệ nhiều hay ít khí hoặc than nhiệt phân đối với phế thải da thuộc Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của đề tài đã được
sử dụng làm cơ sở xây dựng yêu cầu và định mức thiết kế hệ thống thiết bị nhiệt phân (chế độ nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ nâng nhiệt của lị phản ứng nhiệt phân…)
B`ng 1 Kjt qu` phân tích dbu nhint phân da thuwc 2
Chỉ tiêu phân tích
Phương pháp thử
Đơn vị Dầu nhiệt phân
da thuộc
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín
ASTM D
Nhiệt trị ASTM D
Hàm lượng lưu huỳnh
ASTM D
129 - 00 %KL 0,041
B`ng 2 Kjt qu` phân tích than nhint phân phj th`i da thuwc 3
Chỉ tiêu phân tích
Phương pháp thử Đơn vị
Than cám 5
Than nhiệt phân da thuộc
Hàm lượng tro
ASTM D
3174
%
kh lg 26 – 33 43,99 Nhiệt trị
ASTM D
240 – 072/ D48063
kcal/kg 5.500 5804
Trang 5Ghi chú:
1: Kết quả phân tích do Trạm Quan trắc và Phân tích Mơi trường lao động, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động – WEMOS thực hiện;
2: Kết quả phân tích do VILAS 067 - Phịng Thử nghiệm Hĩa chất và Vật liệu, Trung tâm Phụ gia Dầu mỏ, Viện Hĩa học Cơng nghiệp Việt Nam thực hiện;
3: Kết quả phân tích do phịng Nhiên liệu – Dầu – Mỡ, Viện Hĩa học – Vật liệu, Bộ Quốc Phịng thực hiện)
Qua kết quả chạy khảo nghiệm, đo đạc, phân tích và quan trắc cho phép kết luận:
- Tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp đã chế tạo được thiết kế đồng bộ, hợp lý Các thơng số hoạt động điều khiển phù hợp cho phế thải da thuộc Các chỉ số phát thải của tổ hợp thiết bị nằm trong chỉ tiêu quy chuẩn Việt Nam cho phép đối với lị đốt chất thải cơng nghiệp;
- Sản phẩm nhiệt phân: than, dầu, khí cĩ giá trị sử dụng về mặt nhiên liệu đốt Sản phẩm cháy của các dạng sản phẩm nhiên liệu nhiệt phân thu được nằm trong chỉ tiêu phát thải quy chuẩn Việt Nam quy định
- Cĩ thể sử dụng tổ hợp thiết
bị nhiệt phân trong các nhà máy xử lý chất thải và trong nhà máy cĩ sử dụng nhiên liệu đốt truyền thống
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Young Gary.C (2010)
Municipal solid waste to energy conversion processes John
Wiley & Sons,Inc., Hoboken, NewJersey
[2] Thomas P Wampler (2007)
Applied Pyrolysis Handbook.
CRC Press Taylor & Francis Group
[3] Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình
Rãng (2003) Hĩa học hữu cơ.
NXB Giáo dục Hà Nội
B`ng 4 Kjt qu` quan trfc khí th`i tu h{p thijt bp nhint phân phj th`i da thuwc 1
Vị trí lấy mẫu Thông số Đơn vị Kết
quả
QCVN 30:2010/
BTNMT
Nhiệt độ oC 48 -
Bụi (TSP)
Trong ống khói thải tổ hợp thiết
bị nhiệt phân khi đốt dầu và khí nhiệt phân
CO
mg/Nm3
24,66 300
B`ng 3 Kjt qu` phân tích s`n phcm cháy khí nhint phân
Chỉ tiêu phân tích
Thiết bị phân tích
Đơn
vị
QCVN 19:2009
SPC khí nhiệt phân da thuộc
SO2
SA633 Kimoto electric Co., LTD
NOx
NA 623 Kimoto electric Co., LTD
CO
CO ZRF Kimoto electric Co., LTD
mg/m3 1.000 66,8
IV KẾT LUẬN
Bài báo đã giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo và chạy khảo nghiệm tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý phế thải da thuộc phát sinh từ quá trình gia cơng sản xuất giầy da
