Thiết kế lò đốt rác nội tạng và gia cầm dùng trong y tế và thú y

Trong khi đó, các nướctiên tiến trên thế giới đã áp dụng rộng rãi phương pháp đốt nhiệt phân để xử lý các chất thải nguyhại do tính ưu việt là giảm 90 – 95% khối lượng, đồng thời xử lý k

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT (TÓM TẮT)

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC NỘI TẠNG VÀ GIA CẦM

DÙNG TRONG Y TẾ VÀ THÚ Y

Mã số:

Chủ nhiệm đề tài: Hứa Phú Doãn

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 04/ Năm 2018

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT (TÓM TẮT)

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC NỘI TẠNG VÀ GIA CẦM

DÙNG TRONG Y TẾ VÀ THÚ Y

Mã số:

Chủ nhiệm đề tài:Hứa Phú Doãn

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 04 / Năm 2018

THÔNG TIN KẾT QỦA NGHIÊN CỨU

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC NỘI TẠNG VÀ GIA CẦM DÙNG TRONG Y TẾ

VÀ THÚ Y

- Mã số:

- Chủ nhiệm đề tài: Hứa Phú Doãn Điện thoại:0942838324

Email:huaphudoan@gmail.com

- Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Bộ môn Vật lý, Khoa Khoa học cơ bản

- Thời gian thực hiện:tháng 6/2016 đến tháng 6/2018

2 Mục tiêu: Thiết kế lò đốt rác nội tạng và gia cầm dùng trong y tế và thú y.

3 Nội dung chính: Tổng quan về quy trình và phương pháp xử lý của thiết kế lò đốt rác nội

tạng và gia cầm dùng trong y tế và thú y

đãthiết kế và chế tạo thànhcông lò đốt rác nội tạng và gia cầm dùng trong y tế và thú y.

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính

Thành viên:

1 Chủ nhiệm đề tài: Hứa Phú Doãn

2 Cộng tác: KS Nguyễn Ngọc Đan Tuyên

Đơn vị phối hợp chính:

1 Trung tâm nghiên cứu và tư vấn kỹ thuật thiết bị y tế

2 Công ty TNHH TM DV Tân Việt Mỹ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN - BỘ MÔN VẬT LÝ

Thực hiện đề tài: Hứa Phú Doãn

là một phương pháp xử lý rác thải lạc hậu và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhưng vẫnđang được ứng dụng ở nhiều bệnh viện kể cả các bệnh viện tuyến tỉnh Trong khi đó, các nướctiên tiến trên thế giới đã áp dụng rộng rãi phương pháp đốt nhiệt phân để xử lý các chất thải nguyhại do tính ưu việt là giảm 90 – 95% khối lượng, đồng thời xử lý khá triệt để các chất độc hạitrong thời gian ngắn Do vậy, xử lý rác thải y tế bằng cách sử dụng lò đốt rác theo nguyên lýnhiệt phân đang được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều địa phương

Trong nghiên cứu sẽ đề cập đến vấn đề tiêu hủy rác thải y tế lâm sàng – rác thải giải phẫu (cónguy cơ lây nhiễm cao), gia cầm trong thú y, đặc biệt sẽ thực hiện nghiên cứu về thiết kế lòđốt/tiêu hủy cho loại rác thải y tế này

ĐẶT VẤN ĐỀ

Động vật bị bệnh do virus, sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm , chất thải động vật là một trong

số những nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến tình trạng Cách xử lý chất thải sinh học này an toànnhất là đưa qua lò đốt Đây là phương pháp hiệu quả nhất của việc xử lý và giảm nhẹ rủi ro.Đốt chất thải động vật: Đây là phương pháp hiệu quả nhất của việc xử lý kết quả trong một mức

độ cao về giảm nhẹ rủi ro ( xác động vật chết, sản phẩm phụ sau chăn nuôi v v )

Ngoài ra hệ thống này cũng góp phần trong việc việc xử lý chất thải trong lĩnh vực giải phẩu họcvới nhiều ưu điễm , chi phí thấp hơn so với các loại lò đốt y tế lớn

Do vậy, nghiên cứu thiết kế chế tạo lò đốt rác nội tạngvà gia cầm dùngtrong y tế và thú ynhằm giải quyết vấn đề rác thải y tế cho các đơn vị y tế cấp cơ sở là một vấn đề rất có ý nghĩatrong giai đoạn hiện nay

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I Đối tượng

+ Thiết bị chứa mẫu: Thu nhận mẫu nội tạng, gia cầm

+ Hệ thống đốt : Sơ cấp , thứ cấp, để tiêu huỷ đối tượng ở nhiệt độ cao, có thể khử trùng vàcác tạp chất không gây nguy hiễm môi trường

+ Hệ thống xữ lý khí: Xử lý các chất tạo ra sau quá trình đốt để đãm bảo an toàn cho môitrường

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 TỔNG QUAN

1.1 Các loại lò đốt

Phân loại theo nguyên liệu đốt:

 Lò đốt sử dụng nguyên liệu đốt là dầu DO

 Lò đốt sử dụng nguyên liệu đốt là Gas

 Lò đốt sử dụng nguyên liệu đốt là Điện

 Lò đốt sử dụng nguyên liệu đốt là Than

 Lò đốt không sử dụng nguyên liệu phụ trợ

1.2 Nguyên lý hoạt động của lò đốt

Xử lý chất thải y tế bằng phương pháp tiêu hủy ở nhiệt độ cao (1050 – 11000C) là giảm thể tíchchất thải đến 95% và tiêu diệt hết các mầm bệnh có trong chất thải y tế Lò đốt rác thải y tế xử lýgồm 2 công đoạn chính:

Một phần tro nằm dưới dạng xỉ sẽ được tháo ra ở đấy lò, một phần dưới dạng bụi sẽ đượccuốn theo khói lò

như SO2, NOx, CO2, CO … trước khi thải vào khí quyển, khói cần được xử lý để hạ nhiệt độ,loại bớt bụi và khí độc Đảm bảo những yêu cầu tối thiểu của khói thải vào môi trường

1.2.1 Quá trình đốt chất thải:

Thực chất là quá trình cháy của 3 loại chất: Rắn, lỏng và khí.

lỏng đc tách ra từ chất thải trong quá trình nhiệt phân

hydrocacbon, một số hợp chất hữu cơ ở thể khí, những khí độc tính cao như Dioxin, Furan.Quá trình đốt chất thải bao gồm các giai đoạn:

 Sấy

Là quá trình nâng nhiệt độ chất thải từ nhiệt độ ban đầu tới khoảng 2000C, trong khoảng nhiệt

độ này, ẩm vật lý trong chất thải được thoát ra sau đó chuyển thành ẩm hóa học Tốc độ sấyphụ thuộc vào kích thước, bề mặt tiếp xúc, độ xốp của chất thải và nhiệt độ buồng đốt

Chất thải rắn là hỗn hợp nhiều chất có thành phần và kích thước không đồng đều Đây là mộtvấn đề cần chú ý để tổ chức quá trình đốt được hiệu quả cao

Từ khoảng nhiệt độ 2000 độ C tới nhiệt độ bắt đầu cháy, xảy ra những quá trình phân hủychất rắn bằng nhiệt Những chất hữu cơ có thể bị nhiệt phân thành những phân tử lượng nhỏhơn ở thể lỏng như axit, axeton, metanol, một số hydrocacbon ở thể lỏng Một số chất khícũng được sinh ra trong quá trình nhiệt phân như CH4, H2, CO, CO2…

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

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 buồng đốt Mỗi loại chất thải rắn không cháy cónhiệt độ nóng chảy khác nhau Các chất không cháy được và không bị nóng chảy tạo thành tro,còn xỉ là tro bị nóng chảy tạo thành Thường nhiệt độ thải xỉ được lựa chọn là 8500C

Hai khí quan trọng của NOxlà NO và NO2 Khí này được hình thành do 2 nguyên nhân:

 Phản ứng của oxy và nitơ trong không khí cấp vào buồng đốt;

 Phản ứng của oxy và nitơ có trong nhiên liệu

NOxdễ dàng tạo ra khi dư thừa oxy trong quá trình cháy Ở nhiệt độ trên 6500C thì NO tạo ra

Dioxin và Furan là những hợp chất có tính độc cao phát thải từ các lò đốt rác thải y tế Dioxin

và Furan là tên chung chỉ các hợp chất hóa học có công thức tổng quát là Polycloruadibenzoxin (PCCD) (C6H2)2Cl4O2 và Polyclorua dibezofuran (PCDF) (C6H2)2Cl4O2 Đó là 3dãy vòng thơm, trong đó 2 vòng được kết nối với nhau bằng một cặp nguyên tử oxy hay mộtnguyên tử oxy

Dioxin và Furan được tạo thành bởi 2 lý do:

 Từ quá trình đốt các hợp chất thơm clorua

 Từ qúa trình đốt các hợp chất clorua và hydrocacbon

Ở các lò đốt rác thải y tế, Dioxin và Furan được hình thành trong quá trình nhiệt phân hoặccháy không hoàn toàn của các hợp chất hữu cơ chứa halogen Một trong những yếu tố thúc

đẩy hình thành dioxin và furan là khi trong khói lò có nồng độ bụi cao, nồng độ CO, muốiclorua kim loại và muối clorua kiềm cao Dioxin và furan phát tán theo đường: khói thải, bụi

và tro xỉ

b Xử lý khói thải lò đốt

Quá trình xử lý khói thải từ lò đốt rác thải y tế bao gồm các phần sau:

 Hạ nhiệt độ khói thải

 Tách bụi

 Xử lý khí thải ô nhiễm

 Hạ nhiệt độ khói thải

Mục đích của quá trình này là hạ nhiệt độ của khói để các quá trình tiếp theo được thuận lợi,ngoài ra còn có thể tận dụng lượng nhiệt này để đun nóng nước hay nung nóng không khítrước khi cấp cho lò đốt Quá trình trao đổi nhiệt dựa trên nguyên lý chung về truyền nhiệt, cóthể xảy ra theo kiểu trực tiếp hay gián tiếp Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng thiết bị ốngchùm Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng các tháp rửa (khi đó quá trình hạ nhiệt độ diễn rađồng thời với qúa trình xử lý khí ô nhiễm)

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng các vật liệu sắn có, chi phí

năng lượng, vận hành, bảo quản và sửa chữa thấp, tổn thất áp suất thấp, có thể làm việc ở cácnhiệt độ và áp suất khác nhau

Nhược điểm: Cồng kềnh, chỉ tách được bụi thô.

Phạm vi áp dụng: Thường được dùng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độ cao, kích thước lớn.Chủ yếu áp dụng cho bụi có d > 50

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 được chế tạo bằng các vật liệu khác nhau tùy theoyêu cầu về nhiệt độ, áp suất, mức độ ăn mòn

Nhược điểm: Hiệu suất tách thấp đối với bụi có d < 5, dễ bị mài mòn nếu hạt bụi có độ cứng

cao, hiệu suất giảm nếu bụi có độ dính cao

Phạm vi áp dụng: Có thể dùng để tách bụi có d > 5, thường dùng cho các lĩnh vực như ximăng,

mỏ, bột giặt, giấy, lò đốt…

 Thiết bị tách bụi điện (lắng tĩnh điện – ESP)

Cơ chế: Tách bụi bằng lực tĩnh 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 mất điện tích dính vào nhau tạo thành các bánhbụi Còn khí sạch thoát ra ngoài Sau một thời gian nhất định các bánh bụi trên bề mặt điệncực sẽ được tách ra bằng cách rung lắc hoặc rửa

Ưu điểm: Hiệu suất tách bụi rất cao, tách được bụi có kích thước nhỏ (0,1), có khả năng làm

việc trong dải nhiệt độ, áp suất rộng, làm việc được với cả 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 > 0,1, dùng rộng rãi trong các nhà máy như nhiệt điện,

ximăng, vật liệu xâydựng, phân bón, luyện kim, gốm sứ, dầu mỏ…

Cơ chế chung: 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

2 Thiết kế:

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế :

Từ khảo sát về thực trạng rác thải y tế hiện nay ở Việt Nam, các lò đốt chế tạotrong nước và ngoài nước cho các bệnh viện và trung tâm y tế ở nước ta phần lớn sửdụng nhiên liệu gas hoặc dầu DO, Tuy nhiên với quan điểm phát triển bền vững, vấn đềtiết kiệm năng lượng trong chế tạo và vận hành các lò đốt đặt ra ngày càng gay gắt Dovậy, việc sử dụng điện làm năng lượng gia nhiệt thay thế cho gas LPG và dầu DO đangchiếm ưu thế nhờ các ưu điểm:

 Chi phí sử dụng điện năng để gia nhiệt thấp hơn trường hợp gia nhiệt bằng gasLPG và dầu DO vì không cần gia nhiệt thêm lượng không khí (đặc biệt là khí nitơkhông cần thiết trong không khí) để đốt cháy nhiênliệu

 Dung tích buồng sơ cấp lò đốt giảm do không cần khoảng trống để khí thải đi quanhư khi đốt bằng gas LPG hay dầu DO Đồng thời dung tích buồng thứ cấp lò đốtcũng giảm đáng kể do giảm được lượng khí thải do gas LPG hay DO sinh ra khiphải bảo đảm thời gian lưu của khí cháy τ ≥1 giây nhằm tránh tạo ra dioxin Điều

đó dẫn tới chi phí đầu tưgiảm

 Khả năng điều chỉnh các nguồn cấp năng lượng cũng như chỉnh lượng không khícấp cho lò đốt dễ dàng và chính xác hơn nhờ bộ điều khiển kiểuPLC

 Giảm thiểu về vấn đề ô nhiễm SOx trong thành phần khí thải do trong dầu DO cóhàm lượng lưu huỳnh cao nên khi cháy sản sinh ra một lượng SOx gây ô nhiễmmôi trường

 Sử dụng điện mang tính an toàn cao hơn đáng kể.

Hơn thế nữa, cho đến nay việc tận dụng năng lượng của khí thải lò đốt có nhiệt độkhoảng 1.000oC thường chỉ thực hiện trên lò đốt công suất lớn và bị bỏ qua ở quy mô nhỏ.Xét về mặt kinh tế, việc bỏ qua nguồn năng lượng khá lớn này đã góp phần làm tăng chiphí vận hành

Do đó, đề tài này đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá và chế tạo thành công lò đốt tiếtkiệm năng lượng với công suất nhỏ khi gia nhiệt bằng điện Lò đốt này có kết cấu mới chophép tận dụng khí thải từ buồng thứ cấp để gia nhiệt cho không khí trước khi cấp vàobuồng thứ cấp, nhờ đó năng lượng từ điện trở chỉ gia nhiệt bổ sung khi cần thiết Gia nhiệtbằng điện trở cùng với việc sử dụng bộ điều khiển kiểu PLC cho phép dễ dàng theodõikhống chế và điều chỉnh các quá trình xảy ra trong buồng sơ cấp và thứ cấp nhằm bảo đảmcác yêu cầu kỹ thuật và môi trường đồng thời giảm thiểu năng lượng điện sử dụng để gianhiệt

thứ cấp [II] Tại đây nhờ dàn đốt (2), nhiệt độ buồng đốt thứ cấp được nâng lên tới1.050 ÷ 1.100oC sẽ đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ Khí thải từ lò đốt sẽ đi qua bộtrao đổi nhiệt (giải nhiệt) [III] để tận dụng nhiệt cấp cho không khí cấp buồng thứ cấp(nhằm tiết kiệm năng lượng) và sau đó tiếp tục đi qua reactor [IV] Trong reactor [IV],dưới tác dụng của xúc tác khử GC-4R quá trình khử NOx thành nitơ phân tử xảy ranhanh chóng; Đồng thời, dưới tác dụng của xúc tác oxi hóa GC-4O các chất hữu cơcòn sót lại và CO sẽ được oxi hóa triệt để thành hơi nước và CO2 Sau đó khí thải tiếptục được đưa đi xử lý ở tháp xử lý ướt [V], tại đây các khí axit và bụi được xử lý hoàntoàn nhờ bơm [VII] bơm dung dịch hoá chất tuần hoàn Cuối cùng, khí thải được hútbằng quạt [VI] và xả ra ngoài qua ống khói.

2.3 Nội dung Thiết kế :

2.3.1 Thành lò:

Làm bằng vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình hoặc gạchhình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước của buồng lò Cũng có khi người ta đầmbằng các loại bột chịu lửa và các chất kết dính gọi là các khối đầm Khối đầm có thể tiếnhành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ngoài nhờ các khuôn

Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần chịu lửa Mục đích chủ yếu của phầnnày là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền

cơ học nhất định Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt hoặc các lớp cáchnhiệt

2.3.4 Buồng đốt thứ cấp:

Có tác dụng đốt cháy khói thải đi từ buồng sơ cấp sang Buồng đốt thứ cấp đựơc duy trìnhiệt độ từ 1050-1100 0C, dàn đốt tự khởi động lại để duy trì nhiệt độ trong khoảng quyđịnh Quá trình đóng tắt được điều khiển tự động

2.3.5 Bộ cấp nhiệt :

Thường là các điện trở chịu nhiệt , chịu ăn mòn là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việctrong những điều kiện khắc nghiệt do đó phải đảm bảo được các yêu cầu cần thiết.Theo đặctính của vật liệu dùng làm dây nung người ta chia dây nung làm 2 loại: dây nung kim loại vàdây nung phi kim loại Để đảm bảo yêu cầu của dây nung trong hầu hết các lò điện trở côngnghiệp, dây nung kim loại được chế tạo bằng hợp kim Crôm – Nhôm và Crôm – Niken làhợp kim có điện trở suất lớn

2.3.6 Buồng lưu nhiệt:

Có đường kính trong khác nhau tuỳ thuộc vào công suất, chiều dài hiệu dụng 3.0 m,được lót lớp bê tông chịu nhiệt dày Khí thải đi từ buồng đốt thứ cấp được đi vào buồng lưunhiệt và do được bảo ôn nên khí thải tiếp tục được đốt cháy, kéo dài thời gian lưu cháy Saukhi ra khỏi buồng lưu nhiệt, khí thải đi vào buồng làm mát

2.3.7 Buồng làm mát khí:

Có các phần tiếp xúc với khí thải làm bằng thép không rỉ SUS 304 Tại đây thực hiệnquá trình trao đổi nhiệt giữa khói và nước/ không khí để hạ nhiệt độ khói thải xuống 400 0Ctrước khi đi vào tháp hấp thụ và xử lý khói Khi sử dụng nước làm mát sẽ sinh ra nước nóng

do quá trình trao đổi nhiệt sẽ được giải nhiệt và sử dụng tuần hoàn hoặc sử dụng cho cácmục đích khác nhau trong nhà máy/cơ sở

2.3.8 Hệ thống xử lý khói:

Hệ bao gồm các bộ phận chính như sau:

 Buồng hấp thụ: Dung dịch nước vôi trong được bơm cao áp bơm vào tháp qua các vòiphun dạng zicler làm bằng thép không rỉ SUS 316, tạo sương mù trong tháp, làm tăng khảnăng tiếp xúc giữa pha khí và pha nước Vì vậy bụi và các khí axit, kim loại nặng được loại

bỏ hoàn toàn Tháp làm bằng thép không rỉ SUS 316 Khói thải sau khi xử lý đi lên ống khóiphóng ra môi trường