Tính toán tải lượng của lò đốt rác thải sinh hoạt với công suất 250kg/h. Các khí phátsinh từ quá trình đốt và biện pháp xử lý khí thải tránh gây ô nhiễm môi trường

Vì vậy việc áp dụng các phương pháp,thiết bị xử lý rác thải là vô cùng cầnthiết, Trong đó công nghệ xử lý chất thải rắn hiện nay đang rất hữu hiệu, Phương phápnày có thể xử lý khá triệt

MỞ ĐẦU

Hiện nay,tại Việt Nam cũng như trên toàn thế giới nền công nghiệp hóa hiện đại hóađang ngày một phát triển để nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân Xã hội càngphát triển đi kèm với đó là các nguồn vật chất phục vụ đời sống con người cũng ngày mộtcải tiến Vì vậy,có rất nhiều các loại vật dụng,công cụ,phương tiện,… khác nhau đượccon người sử dụng đáp ứng nhu cầu cá nhân Chúng ta không thể không nhắc đến việcthải bỏ các vật chất đó đã và đang là một vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường Cácloại chất thải đó phổ biến là chất thải rắn và phát sinh ở nhiều nơi khác nhau với nguồngốc đa dạng và phong phú bao gồm:chất thải sinh hoạt,chất thải y tế,chất thải côngnghiệp,chất thải nông nghiệp,chất thải xây dựng,…Trong đó chất thải sinh hoạt đang làmột vấn đề nan giải trên toàn thế giới Dân số trên thế giới ngày càng tăng,lượng rác thảicũng tỷ lệ thuận với số lượng người sinh sống Ảnh hưởng của rác thải cũng tác độngkhông nhỏ đến sức khỏe của con người và cảnh quan môi trường

Chính vì những tính chất có hại của rác thải đặc biệt là chất thải rắn nên hiện nay cùngvới sự phát triển của khoa học công nghệ và sự quan tâm trên toàn thế giới,bằng nhiềucách khác nhau rác thải đã được giảm thiểu một cách đáng kể,thậm chí,chúng còn quaytrở lại phục vụ chính đời sống của con người Tuy nhiên,đa phần rác thải vẫn chưa được

xử lý triệt để do lượng rác mà con người thải ra quá lớn và vẫn phát tán vào môi trườnggây ô nhiễm môi trường Cho đến nay đã có rất nhiều các biện pháp xử lý chất thải khácnhau tuy nhiên công nghệ chôn lấp vẫn còn khá phổ biến ở nhiều quốc gia vì phươngpháp này có nhiều ưu điểm,tiện lợi và đặc biệt là ít tốn chi phí hơn Nhưng ngược lại biệnpháp này cũng làm cho diện tích đất bị thu hẹp,nguy cơ ô nhiễm môi trường và mầmbệnh cao Vì vậy việc áp dụng các phương pháp,thiết bị xử lý rác thải là vô cùng cầnthiết, Trong đó công nghệ xử lý chất thải rắn hiện nay đang rất hữu hiệu, Phương phápnày có thể xử lý khá triệt để và xử lý được đa dạng các loại chất thải đặc biệt là chất thảirắn sinh hoạt

Tính toán tải lượng của lò đốt rác thải sinh hoạt với công suất 250kg/h Các khí phát sinh từ quá trình đốt và biện pháp xử lý khí thải tránh gây ô nhiễm môi trường.

1.1 Khái niệm chất thải rắn sinh hoạt

Chất thải rắn sinh hoạt là chất thải được phát sinh trong hoạt động sinh hoạt,quá trình

sống của con người và động vật Chất thải rắn sinh hoạt bao gồm các loại rác phát sinh từcác gia đình,khu công cộng,khu thương mại,khu xây dựng,bệnh viện,…Chính vì vậy rácthải sinh hoạt rất đa dạng,phong phú và chiếm tỷ lệ cao nhất trong số các loại chất thảikhác Các loại rác sinh hoạt thường có thành phần hữu cơ cao dễ phân hủy và không quánguy hại với môi trường nếu được xử lý hợp lý

1.2 Thành phần của chất thải rắn sinh hoạt

Xác định thành phần của chất thải rắn có ảnh hưởng rất lớn đến sự lựa chọn phươngpháp xử lý, thu hồi và tái chế, hệ thống, phương pháp và quy trình thu gom

Khi phân tích thành phần của chất thải, mẫu được lấy ra từ các tuyến xe thu gom ráchàng ngày, để có độ chính xác cao mẫu lấy khoảng 90kg

Bảng 1.1: Thành phần của chất thải rắn thể hiện cụ thể qua bảng sau đây

Rác thải hữu cơ: Rác thải vô cơ

Giấy catton, bìa cứng Vỏ hộp

1.3 Tác động của rác thải đến môi trường và con người

-Các vật dụng khó phân huỷ không dùng được nữa mà thải bừa bãi ra xung quanh thì môitrường ngày càng chứa nhiều loại vật gây chật chội, mất vệ sinh và mất mỹ quan, tạo cơhội cho các loài nấm và vi khuẩn, côn trùng độc hại phát triển gây độc hại cho con người.-Tác động của rác thải đến sức khỏe cộng đồng:rác thải gây ra các mầm bệnh phátsinh,ảnh hưởng đến hệ hô hấp,da Ngoài ra,nước rỉ rác có thể ngấm xuống mạch nướcngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân khi sửdụng.

-Rác thải không được thu gom, tồn đọng trong không khí, lâu ngày sẽ ảnh hưởng đến sứckhoẻ con người sống xung quanh Những người tiếp xúc thường xuyên với rác nhưnhững người làm công việc thu nhặt các phế liệu từ bãi rác dễ mắc các bệnh như viêmphổi, sốt rét, các bệnh về mắt, tai, mũi họng, ngoài da, phụ khoa Hàng năm, theo tổ chức

Y tế thế giới, trên thế giới có 5 triệu người chết và có gần 40 triệu trẻ em mắc các bệnh cóliên quan tới rác thải

-Ảnh hưởng đến môi trường đất: Trong thành phần rác thải có chứa nhiều các chất độc,khi rác thải được đưa vào môi trường và không được xử lý khoa học thì những chất độcxâm nhập vào đất sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất như: giun, vi sinh vật,nhiều loài động vật không xương sống, ếch nhái,…làm cho môi trường đất bị giảm tính

đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng

-Ảnh hưởng đến cảnh quan: Rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi, chất động lộn xộn, không thugom, vận chuyển đến nơi xử lý,…để lại những hình ảnh làm ảnh hưởng rất đến vẻ mỹquan

-Ngoài ra có những chất thải công nghiệp với độ nguy hại rất cao ảnh hưởng trực tiếp đếnmôi trường và con người

1.4 Mục đích xử lý rác thải bằng lò đốt

Phần lớn rác thải có ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống và sức khỏe của con người vì vậy

cần có những biện pháp xử lý rác thải hợp lý để xử lý được triệt để và an toàn Có rấtnhiều các biện pháp xử lý rác thải khác nhau như:phương pháp chôn lấp,phương pháp ủsinh học,phương pháp tái chế chất thải rắn,…Tuy nhiên xử lý chất thải rắn bằng phươngpháp thiêu đốt hiện nay là phương pháp phổ biến trên thế giới để xử lý chất thải rắn nói

chung,đặc biệt là đối với chất thải nguy hại hoặc khó phân hủy sinh học Xử lý khói thảisinh ra từ quá trình thiêu đốt là một vấn đề cần đặc biệt quan tâm Phụ thuộc vào cácthành phần khí thải,các phương pháp xử lý phù hợp có thể được áp dụng như phươngpháp hóa học,phương pháp hóa lý,phương pháp cơ học…Xử lý bằng phương pháp thiêuđốt sẽ có nhiều lợi ích khác nhau:

-Tái sử dụng và tái sinh chất thải

-Không làm phát tán các chất gây nguy hại vào môi trường

-Chuyển các chất độc hại thành các chất ít độc hại hơn hoặc vô hại

-Giảm thể tích chất thải trước khi chôn lấp

-Khả năng tận dụng nhiệt cho các lò công nghiệp hoặc phát điện

-Chất thải được chuyển thành chất trung gian có giá trị có thể sử dụng để biến thànhcác vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng

-Tuổi thọ cao

1.5 Công nghệ thiêu đốt chất thải rắn sinh hoạt

Thiêu đốt là quá trình xử lý chất thải ở nhiệt độ cao Thiêu đốt ở nhiệt độ cao chất thải

sẽ được xử lý triệt để,đảm bảo loại trừ các độc tính,có thể giảm thiểu thể tích rác từ 95% và tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Phương pháp này đáp ứng tất cả các tiêuchí về tiêu hủy an toàn ngoại trừ việc phát thải ra các khí thải cần được xử lý nên đây cóthể coi là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp xử lý các loại chất thảirắn khác

Do chất thải được oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí nên cácthành phần rác độc hại được chuyển hóa thành khí thải và các thành phần không cháyđược tạo thành tro,xỉ Quá trình đốt sẽ được thực hiện hoàn toàn,phá hủy hoàn toàn chấtthải độc hại và khó phân hủy bằng cách phá vỡ các liên kết hóa học,giảm thiểu hay loại

bỏ độc tính Việc quản lý kim loại,tro và các sản phẩm của các quá trình đốt là khâu quantrọng Tro là một dạng vật liệu rắn,trơ gồm C,muối,kim loại Trong quá trình đốt tro tậptrung ở buồng đốt(tro đáy),lớp tro này sẽ xem như chất thải nguy hại Các hạt tro kíchthước nhỏ có thể bị cuốn lên cao(tro bay) Tàn tro cần chôn lấp an toàn vì thành phần gây

hại có thể trực tiếp gây hại Lượng kim loại nặng được xác định qua việc kiểm tra khóithải và tro dư của lò đốt.

Thành phần khí thải chủ yếu vẫn là CO2,hơi nước,hydrogen cloride và các khí khác.Các khí vẫn tiềm ẩn khả năng gây hại cho con người và môi trường Vì vậy cần có hệthống xử lý khói thải của lò đốt

Quy trình vận hành của lò đốt chất thải rắn như sau:

*Các kiểu lò cơ bản

Có 2 kiểu lò:

-Lò quay(chuyển động quay):có cấu tạo hình trụ,nằm ngang Chuyển động quay quanhtrục của lò làm chất thải được đảo trộn đều,nâng cao hiệu quả cháy Lò được chế tạo vớicông suất lớn,chi phí đầu tư và vận hành cao

-Lò tĩnh(không chuyển động):có cấu tạo đơn giản,hiệu quả cao Công suất thiết kế của lòtĩnh thường là nhỏ hoặc trung bình Có các loại lò:lò đốt thiết kế đơn giản,lò đốt 1khoang,lò đốt 2 khoang

Ngoài ra còn có loại lò đốt tầng sôi,lò đốt nhiều tầng,lò đốt hở,…

*Cấu tạo lò đốt chất thải cơ bản:

-Buồng đốt sơ cấp: Buồng này đốt bằng dầu DO, chất thải được sấy khô và đốt cháytrong môi trường thiếu khí ở nhiệt độ 650 ¸ 8000C ở nhiệt độ này, các chất hữu cơ sẽ bịkhí hoá và khí sinh ra bị dồn lên buồng thứ cấp

-Buồng đốt thứ cấp: Sử dụng dầu DO để đốt các chất khí từ buồng sơ cấp Để phân huỷcác hợp chất hữu cơ trong khí thải, giảm thiểu phát sinh dioxin/furan, buồng thứ cấp đượcduy trì ở nhiệt độ 1050¸ 12000C, thời gian lưu khí 2 , 3 giây

Ngoài ra còn có tháp hấp thụ,quạt hút,ống khói thải,thiết bị trao đổi nhiệt…

Bảng 1:Một số loại lò thiêu đốt rác trên thế giới

Tên lò Nước sản xuất Thời gian làm

trong ngày (h)

Công suất tấn/ngày Loại lò

242424248

12127,8155

2,22,60,13

Hệ thống bao gồm các bộ phận:cấp liệu,lò quay sơ cấp(lò quay),lò quay thứ cấp(lò tĩnh)

và bộ phận tháo tro

-Buồng đốt sơ cấp:

Là một trống quay hình trụ chịu nhiệt,quay với tốc độ điều chỉnh được(0,5-1 vòng/phút)

có nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trong quá trình cháy Lò đốt được đặt dốc với độnghiêng 1-5%,nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động rác từ khivào cho đến khi thành tro ra khỏi buồng đốt Các quá trình sấy,hóa hơi(nhiệt phân),đốtcháy carbon và tháo tro diễn ra trong trống quay này theo trình tự từ khi nạp rác vàobuồng đốt đến khi thành tro Sản phẩm khí từ buồng sơ cấp tiếp tục được đốt trong buồng

thứ cấp có bổ sung nhiệt lượng để đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ trong khí thải Cácquá trình sấy,nhiệt phân và đốt cháy cặn carbon xảy ra độc lập trên một đoạn chiều dàicủa trống quay và nhờ có sự xáo trộn tốt nên tốc độ khí hóa của lò đốt thùng quay caohơn lò đốt tĩnh 2-3 lần Thời gian lưu 0,5-1,5 giờ,lượng chất thải nạp vào chiếm 20% thểtích lò Trong quá trình đốt nhiệt độ trong lò được khống chế 800-900oC.

-Buồng đốt thứ cấp:

Là một buồng đốt tĩnh,nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi và khí hóa do quá trình nhiệtphân từ buồng sơ cấp Nhiệt độ ở đây thường từ 950-1100oC Thời gian lưu của khí thảiqua 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 liề với hệ thống tái sử dụng như nồi hơi Nồi hơi sản xuấthơi cao áp chạy máy phát điện hoặc sản xuất nước nóng

Tuy nhiên trong khói thải còn có các thành phần vô cơ nguy hại là các khí axit như

SOx,NOx,HCl,HF,…hình thành do bản chất của chất thải hoặc do nhiệt độ cao tạo ra như(NO2),ngoài ra còn có bụi và các kim loại nặng bay hơi Việc khống chế lượng oxy dư vàxác định đúng thời điểm cấp oxy có thể làm giảm NO2,nhưng đối với các khí axit khác vàhơi kim loại nặng không thể khắc phục được vào công nghệ đốt mà chúng hoàn toàn phụthuộc vào bản chất chất thải Ví dự chất thải có nhiều thành phần là cao su(như găng tay

y tế) sẽ phát sinh nhiều khi SO2 Các thành phần chứa kim loại nặng thường bị nghiêmcấm đưa vào lò đốt thùng quay như pin,acquy,… nhằm hạn chế sự phát sinh hơi kim loạinặng trong khí thải

b-Lò đốt thiết kế đơn giản

Giảm đáng kể trọng lượng và thể tích chất thải,chi phí đầu tư và vận hành rất thấp,khôngtiêu hủy được nhiều hóa chất,dược chất,thải khói đen,bụi tro và khí độc ra ngoài môitrường

c-Lò đốt 1 buồng

Hiệu quả khử khuẩn cao,giảm đáng kể trọng lượng và thể tích chất thải,cặn tro có thểchôn lấp,chi phí vận hành thấp,không cần nhân viên có trình độ cao Tuy nhiên côngnghệ này thải ra khí ô nhiễm thứ cấp,không xử lý được chất thải hóa học và dược học

d-Lò đốt nhiều buồng đốt

Chất thải được đốt triệt để, khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn quy định Chất thải đượcđốt trong nhiều buồng đốt: sơ cấp và thứ cấp Tùy theo điều kiện sử dụng và khả năngcủa địa phương mà lựa chọn quy mô thích hợp

Lò đốt chất thải nhiều cấp còn được gọi là lò đốt nhiệt phân Chất thải được đưa vàobuồng đốt sơ cấp và đốt ở nhiệt độ 350 – 600oC Lượng không khí cấp vào từ

70 – 80% lượng không khí lý thuyết Khí thải sinh ra từ phản ứng cháy và hơi nước đượcdẫn đến buồng thứ cấp và đốt tiếp ở nhiệt độ 1100 – 1300oC Lượng không khí cấp vào từ

110 – 120% lượng không khí lý thuyết Khí thải được dẫn qua thiết bị xử lý khí thải trướckhi thải vào môi trường

Trong buồng đốt sơ cấp lượng không khí V, chỉ được cấp bằng 70 – 80% lượng khôngkhí cần thiết Vo (theo tính toán lý thuyết) Nhiệt độ lò đốt kiểm soát từ 350 – 600oC, giaiđoạn cuối cùng có thể nâng nhiệt độ cao hơn để đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ cònlại trong tro Khí thải sinh ra từ các phản ứng cháy gồm có hỗn hợp các khí cháy (khí gas)

và hơi nước sẽ được dẫn lên buồng thứ cấp và khí gas sẽ được đốt tiếp trong buồng thứcấp

Ở buồng thứ cấp lượng không khí được cung cấp dư để cháy hoàn toàn (thường vượt 110– 130%) lượng không khí cần thiết Khí thải tiếp tục được làm sạch (khử bụi, trung hòacác thành phần khí thải có tính axít…) bằng các thiết bị xử lý trước khi thải ra môitrường.Nhiệt độ làm việc ở buồng thứ cấp trên thường lớn hơn 1.000oC

Lò đốt tầng sôi:

Lò đốt tầng sôi là loại lò đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việcvới nhiệt độ cao, có đặc điểm là luôn chứa một lớp cát dày khoảng 40cm – 50cm Lớp cátnày có tác dụng: nhận và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho chất thải ướt Được gióthổi tung lên, xé tơi và xáo trộn chất thải rắn giúp quá trình cháy xảy ra dễ dàng hơn.Chất thải lỏng khi bơm vào lò sẽ dính bám lên mặt các hạt cát nóng đang bị xáo động nên

sẽ bị đốt cháy, nước sẽ bị bay hơi hết

Quá trình đốt tầng sôi: Gió thổi mạnh vào dưới lớp vỉ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân bố đềudưới đáy tháp làm lớp đệm cát cùng các phế liệu rắn, nhão đều được thổi tơi, tạo điềukiện cháy triệt để Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấpnhiệt độ buồng đốt từ 850-920oC, còn khoang phía trên phình to hơn là khu vực cháy thứcấp có nhiệt độ cháy cao hơn (990-1100oC) để đốt cháy hoàn toàn chất thải Trong thápsôi cần duy trì một lượng cát nhất định tạo một lớp đệm giữ nhiệt ổn định và hỗ trợ choquá trình sôi của lớp chất thải đưa vào đốt Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệthống trước khi qua ống khói thải ra môi trường.

*Ưu điểm

-Có thể đốt được những nhiên liệu có phẩm cấp thấp,là những nhiên liệu có nhiệt trịbé,độ tro cao,hàm lượng lưu huỳnh cao và độ ẩm cao

-Bề mặt truyền nhiệt (buồng lửa) sẽ nhỏ gọn hơn so với các buồng lửa kiểu khác vì cường

độ truyền nhiệt trong buồng lửa là rất cao

-Trong tầng sôi các hạt nhiên liệu thay đổi nhanh và liên tục thay đổi tiếp xúc giữa cáchạt nhiên liệu và sản phẩm cháy thể khí,do đó tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành cácphản ứng hóa học,nhiệt độ của các hạt nhiên liệu trong tầng sôi hầu như đồng nhất và cóthể duy trì sự cháy trong phạm vi 800-900oC Ở nhiệt độ này lưu huỳnh của nhiên liệu sẽ

bị oxy hóa mạnh và SO2 sinh ra sẽ liên kết với đá vôi hay dolomit được bổ sung vào tầngsôi,kết quả là SO2bị khử khá nhiều,có thể lên đến 90-99%,là giảm được lượng phát thải

SO2 trong ống khói Chính vì vậy loại lò đốt này có thể đốt được chất thải có hàm lượnglưu huỳnh cao

-Phát thải khí NOx thấp

-Chuẩn bị nhiên liệu để đốt khá đơn giản và rẻ tiền

-Không có hiện tượng đóng xỉ trong các dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa và bề mặtcác ống nhúng chìm trong tầng sôi

*Nhược điểm

-Tiêu thụ năng lượng cho quạt gió áp suất cao

-Diện tích ghi lớn

-Tổn thất tỏa nhiệt qua bề mặt lớn

-Hiệu suất cháy ở buồng lửa tầng sôi tuần hoàn thấp hơn so với buồng lửa đốt bột thanphun thông thường

1.6 Tình hình áp dụng công nghệ lò đốt chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam

Theo báo cáo không đầy đủ của các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, hiện nay trên

cả nước có khoảng 50 lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, đa số là lò đốt cỡ nhỏ (dưới500kg/h), trong đó khoảng 2/3 lò đốt được sản xuất, lắp ráp trong nước Trong đó 2/3 lòđốt sử dụng công nghệ trong nước Tuy nhiên, các thông tin chi tiết về số lượng, các tínhnăng kỹ thuật của lò đốt chất thải thì chưa được thống kê đầy đủ

Hiện nay tại Việt Nam đang có xu hướng đầu tư đại trà lò đốt chất thải sinh hoạt ở tuyếnhuyện, xã Do vậy, đang có tình trạng mỗi huyện, mỗi xã đã tự đầu tư lò đốt với công suấtnhỏ để xử lý chất thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn Một số lò đốt công suất nhỏ,không có hệ thống xử lý khí thải và trên ống khói không có điểm lấy mẫu khí thải… đãdẫn tới việc xử lý chất thải phân tán, khó kiểm soát việc phát thải ô nhiễm thứ cấp vàomôi trường không khí.Về mặt thực tế, đây cũng là một giải pháp tình thế, góp phần nhanhchóng giải quyết vấn đề chất thải sinh hoạt trên địa bàn, đặc biệt đối với khu vực nôngthôn Tuy nhiên, về quan điểm khoa học, cách làm như vậy chưa phù hợp, cần xem xét lại

do các lò đốt này đều có công suất nhỏ, việc xử lý chất thải phân tán, khó kiểm soát việcphát thải ô nhiễm thứ cấp vào môi trường không khí

Xu hướng trên thế giới bắt đầu coi lò đốt là công nghệ đã lỗi thời, nhiều nước khôngkhuyến khích, thậm chí cấm sử dụng lò đốt, đặc biệt lò đốt quy mô nhỏ Các chuyên giaNhật có chia sẻ, nước này cách đây nhiều năm cũng đã lắp hàng nghìn lò đốt chất thảisinh hoạt cỡ nhỏ, nhiều lò nằm trong hoặc gần khu dân cư và sau đó họ đã mất rất nhiềunăm để giải quyết hậu quả của việc đầu tư tràn lan này.

Những năm gần đây đã có nhiều đơn vị trong nước tham gia vào nghiên cứu chế tạo lòđốt rác với nhiều chủng loại và công suất khác nhau nhằm đáp ứng bảo vệ môi trườnghiện nay ví dụ như:lò đốt rác BD-Anpha do công ty TNHHMTV Đức Minh sản xuất vớitính năng nổi trội là xử lý 500kg rác/giờ,lò đốt cỡ nhỏ NFI-120 công nghệ Nhật có côngsuất 150-500kg/giờ,…

1.7 Cơ chế hình thành của quá trình thiêu đốt chất thải

Khi quá trình đốt được tiến hành, các thành phần độc hại bị phá vỡ các liên kết hóa họcbởi nhiệt độ, giảm thiểu hay loại bỏ hoàn toàn độc tính Ở giai đoạn đầu sẽ xảy ra quátrình sấy, bốc hơi nước Tiếp theo là giai đoạn khí hóa và cháy chất thải Về bản chất đây

là phản ứng cháy của các nguyên tố hóa học: cacbon, hydro, lưu huỳnh, nitơ…

Trong quá trình thiêu đốt, các phản ứng cháy được mô tả như sau:

Phương trình cháy hoàn toàn cacbon, khi cung cấp đủ ôxy:

CTR + O2 CO + CO2 + H2O + SOx + NOx + HCl + HF(C, H,O, S, N, Cl, F)

Các khí thải độc hại được tạo thành bao gồm: SOx, NOx, HCl, HF, dioxin, furan…

Phản ứng tạo thành dioxin và furan: dioxin và furan là các hợp chất rất độc được hìnhthành trong quá trình đốt rác Các chất hữu cơ mạch vòng có chứa Clo, thường có trongcác thành phần nhựa PVC, các loại hóa chất tẩy rửa… Ngày nay, để hạn chế hình thànhdioxin, furan người ta phải hạn chế sử dụng các sản phẩm nhựa có chứa Clo Để phânhủy dioxin, furan tạo thành trong quá trình thiêu đốt, khí thải phải được xử lý ở nhiệt độcao từ 900 – 1200oC, với thời gian lưu lớn hơn 2 giây

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY

Xét Dung ẩm không khí d (g/kg KKK) = 17 theo giáo trình “Ô nhiễm không khí và

xử lý khí thải” của GS.TS Trần Ngọc Chấn

1 Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng chất ô nhiễm

Nhiên liệu đốt: Dầu DO sẽ sinh ra các khí SOx, NOx, COx…

Theo Tính Tóan Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, thành phần sử dụng củadầu DO (%)

Tổng thành phần của nhiện liệu rắn bao gồm:

Cp + Hp + Np + Op + Sp + Ap + Wp = 100%

- Các thành phần được biểu diễn bằng % trọng lượng

- Chữ cái đầu tiên của tên thành phần và p= thành phần thực làm việc

- Chỉ C, H và S là cháy được và sinh ra nhiệt năng

Chọn các thông số đầu vào:

Hệ số thừa không khí: α = 1.2

Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0.03

Hệ số tro bui bay theo khói: A = 0.5

Nhiệt độ khói thải t= 200OC

- Đối với cacbon:Khi cháy hoàn toàn:

C+ O2 => CO2

Hay là 1kg C + 32/12 kg O2 => 44/12 kg CO2 + 8100 kcal/kg C

Khi cháy không hoàn toàn:

C + ½ O2 => CO

Hay là 1kg C + 16/12 kg O2 => 28/12 kg CO + 2440 kcal/kg C

- Đối với khí hidro:

2H2 + O2 => 2H2O

Hay là 1kg H2 + 32/4 kg O2 =>36/4kg H2O + 34200 kcal/kg H2

- Đối với khí lưu huỳnh:

S + O2 => SO2

Hay là 1kg S + 32/32kg O2 => 64/32 kg SO2 + 2600 kcal/kg S

Lượng nhiệt năng sinh ra khi đốt cháy 1kg dầu Do được tính theo công thứcMendeleev ( Công thức 12.7 trang 14 sách ONKK&XLKT tập 3 ):

Qp = 81Cp + 246Hp – 26( Op –Sp) – 6Wp, kcal/kgNL

Qp = 81.86,3 + 246.10,5- 26( 0,3-0,5) – 6.1,8 = 9567.7 kcal/kgNL

Nhà máy em nghiên cứu có công suất 450 kg/h Và tiêu thụ 0,6 lít dầu/ kg rácLượng rác cần xử lý trong 1 năm là = 450 x 24 x 365 = 3942000 (kg)

Tham khảo tài liệu solid waste management principles and practice

Ta có Nhiệt lượng đốt 1kg rác = 7MJ = 7 x 239( Kcal ) =1673 Kcal

Nhiệt lượng để xử lý rác trong 1 năm = 1673 x 3942000 = 6594966000

B== 6594966000/9567.7= 689294,81 (Kg/năm)

 B = 78,68 (Kg/h)

 Bảng 1a: Tính toán sản phẩm cháy – lượng khói thải và tải lượng chất ô nhiễm

NO NO

NO

M V

SO SO

T

M C

T

M C

L

c Khí CO2 (g/m3)

2 2

CO CO

T

M C

L

d Khí NOx (g/m3)

x x

NO NO

T

M C

L

 Chất thải rắn sinh hoạt

Tham khảo tài liệu: Hoàng Kim Cơ, Tính toán ký thuật nhiệt lò công nghiệp tập 1, nxbKHKT, 2001

Phân tử lượng (g)

Lượng mol (Kmol)

Thành phần khối lượng chất thải rắn sinh hoạt

Nhiệt năng của nhiên liệu rắn và lỏng sinh ra khi đốt cháy 1kg rác theo công thứcMendeleev:

Qp = 81.CP + 246.Hp - 26 (OP –SP ) – 6WP

Qp = 81.50,85 + 246 6,71 – 26 ( 19,15 – 2,71) – 6.1,5 = 5333,07 kcal/kg

Lượng nhiên liệu tiêu thụ : B = 450 kg/h

Bảng 1b Tính toán sản phẩm cháy – lượng khói thải và tải lượng chất ô nhiễm

NO NO

NO

M V

SO SO

T

M C

T

M C

L

c Khí CO2 (g/m3)

2 2

CO CO

T

M C

L

d Khí NOx (g/m3)

x x

NO NO

T

M C

CMax = C x KvTrong đó:

- CMax là giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm

- C là nồng độ của các thông số ô nhiễm được quy định tại bảng 2 của quy chuẩn QCVN 61-MT-2016/BTNMT

- Kv là hệ số vùng, khu vực được quy định tại bảng 3 của quy chuẩn QCVN 2016/BTNMT ( Kv = 1 theo bảng quy chuẩn ) => C max = C

61-MT-Bảng 1c: So sánh với QCVN 61-MT-2016/BTNMT

STT Thông số (mg/

Nm3) Nồng độ C

Nồng độ phát thải cácchất ô nhiễm trong khói

C (mg/Nm3)

So sánh vớiQCVN 61-MT-2016/BTNMT

2 Đề xuất quy trình xử lý

2.1 Xử lý bụi

Bụi là những hạt chất rắn có kích thước cũng như tỷ trọng khác nhau phân tántrong không khí Để xử lý lọc sạch bụi trước khi thải ra môi trường người ta đã nghiêncứu và sử dụng nhiều cách khác nhau Mỗi cách phù hợp với các loại bụi, kích thướcbụi khác nhau và có những ưu nhược điểm riêng

Bảng 2-1: Dới hạn lọc và hiệu quả xử lý các phương pháp

STT Thiết bị xử lý bụi Kích thước hạt phù

hợp (µm) Hiệu quả xử lý (%)1

40-7045-8565-95Đến 9985-9985-99,585-99Nguồn: Giáo trình công nghệ môi trường

 Phương pháp tách bụi khô

- Buồng lắng

Cơ chế: Tách bụi bằng trọng lực

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Buồng lắng là một không gian hình hộp có tiếtdiện ngang lớn hơn nhiều lần so với cửa khí vào và ra Khói thải khi đi vào buồnglắng sẽ bị giảm vận tốc và thời gian lưu của khói thải trong buồng lắng tăng lên Nhờvậy mà các hạt bụi trong khói thải có đủ thời gian lắng xuống đáy của buồng lắngtrọng lực

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

có Chi phí năng lượng, vận hành, sửa chửa thấp, vận hành đơn giản, tổn thất áp suấtthấp, có thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất khác nhau

Nhược điểm: Chỉ tách được bụi khô, khó tách bụi ướt, di chuyển khó khăn

Phạm vi ứng dụng: Thường được ứng dụng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độlớn, kích thước hạt bụi lớn thường áp dụng cho bụi có đường kính d > 50μmm

- Cyclon

Cơ chế: tách bụi bằng lực ly tâm

Nguyên lý hoạt động: Dòng khí được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thânhình trụ của thiết bị nên sẽ chuyển động xoáy ốc trong thiết bị từ trên xuống Dochuyển động xoáy các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng bị văng về

phía thành của hình trụ cyclon rồi chạm vào đó và được tách ra khỏi dòng khí Dướitác dụng của trọng lực, các hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy phểu thu bụi ở dưới xyclon.Khi chạm vào đáy hình nón, dòng khí dội ngược trở lại nhưng vẩn giữ nguyên đượcchuyển động xoáy ốc từ dưới lên và thoát ra ngoài.

Ưu điểm: Gía đầu tư không lớn, cấu tạo đơn giản, dể vận hành Chi phí sửa chữa,bảo hành thấp Có khả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng vật liệu khác nhautùy nhiệt độ, áp suất và độ ăn mòn

Nhược điểm: Hiệu suất tách thấp đối vói bụi có d < 5μmm, dễ bị mài mòn nếu bụi có

độ cứng cao, hiệu suất giảm nếu bụi có độ dính cao

Phạm vi ứng dụng: Thường áp dụng cho bụi có đường kính d > 5μmm, Các lĩnh vựcnhư xi măng, mỏ…

- Thiết bị lắng tĩnh điện – ESP

Cơ chế: Tách bụi bằng lịch tĩnh điện

Nguyên lý hoạt động: Thiết bị gồm 2 tấm đặt song song được nối với đất, bụi sẽlắng trên điện cực này Giữa hai tấm của điện cực lắng là dây điện được nối với cực

âm của nguồn điện cao thế ( Thường là -40kw đến -60kw ) một chiều Các dây nàygọi là điện cực quần Dòng khí bụi được thổi vào không gian giữa hai điện cực lắng.Tại đây hạt bụi được ion hóa và được tích điện âm Dưới tác dụng của điện trườngmạnh, các hạt bụi sẽ chuyển động về phía điện cực lắng Trên bề mặt điện cực lắng,các hạt bụi này sẽ bị mất điện tích dính vào nhau tạo thành bánh bụi, còn khí sạchthoát ra ngoài, sau thời gian bằng cách rung, lắc…bánh bụi sẽ được tách ra

Ưu điểm: Hiệu suất tách bụi cao, tách được bụi có kích thước nhỏ ( 0,1μmm ) có khảnăng làm việc tốt trong giải nhiệt độ, áp suất rộng, làm việc với bụi khô và bụi ướt.Nhược điểm: Không thích hợp cho việc xử lý khí cháy nổ, chi phí đầu tư thiết bịlớn, cấu tạo thiết bị phức tạp, quy mô lớn

Phạm vi ứng dụng: Thường áp dụng cho bụi có đường kính d > 0,1μmm, Các lĩnhvực như xi măng, vật liệu xây dựng, phân bón…

 Phương pháp bụi ướt

Cơ chế: Tạo ra sự tiếp xúc giữa dòng bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chấtlỏng giữ lại và được thải ra ngoài dưới dạng bụi cặn

- Tháp rửa (tháp phun tia)

Nước được phun thành dòng nhỏ ngược chiều hay vuông góc vói dòng khí, bụi

Do tiếp xúc, các hạt bụi sẽ dính với các giọt nước và sẽ lắng xuống đáy Khí sạch sẽ

đi ra khỏi thiết bị Vận tốc trong thiết bị khoảng 0,6 – 1,2 m/s, tháp có thể cấu tạohình trụ hoặc hình hộp chữ nhật Một bộ phận khử sương mù được đặt ở cuối đường

ra của dòng khí sạch để loại bỏ các giọt nước mang theo bởi dòng khí

Ưu điểm: Đơn giản, giá thành thấp, hiệu suất ổn định

Nhược điểm: Hiệu suất thấp, tiêu hoa dung dịch hấp thụ

- Cyclon ướt

Có cấu tạo hình trụ, tận dụng được lực ly tâm của dòng khí vào thiết bị theophương tiếp tuyến gây ra Dòng khí bụi được đưa vào phần dưới của thân hình trụ Nước được phun ra thành tia từ tâm ra ngoài đi qua dòng khí đang chuyển động xoáy.Các giọt nước sẽ giữ các hạt bụi, nước chứa bụi này dưới tác dụng của lực ly tâm sẽvăng ra phía ngoài và va chạm vào thành ướt của xyclon Di chuyển xuống đáy và bịloại bỏ

- Thiết bị rửa khí ventury

Ứng dụng hiệu ứng của ống tăng tốc Laval hay còn gọi là ống tăng tốc hỗn hợpgồm hai đoạn ống được nối với nhau bằng một hình trujcos tiết diện ngang nhỏ.Đoạn đầu là một hình côn có đường kính nhỏ dần, làm việc theo chế độ ống tăng tốc

có tiết diện nhỏ dần ở đoạn thứ hai ống có tiết diện tăng dần, vẫn làm việc theo chế

độ ống tăng tốc nhưng có tiết diện tăng dần Tại đoạn thu hẹp tiết diện nước đượccung cấp vào, do tốc độ dòng khí khá lớn nên nước được đánh tơi thành các hạtsương rất mịn, mật độ cao và chiếm toàn bộ không gian của thiết bị

Ưu điểm: Hiệu suất cao có thể đạt được trên 99%, lọc được cả khí độc

Phạm vi ứng dụng: Dùng để tách bụi có kích thước nhỏ kết hợp với tách một sốkhí công nghiệp và làm nguội khí

Nhận Xét:

Dựa vào ưu nhược điểm của các thiết bị nêu trên, cộng với các đặc trưng trong khói thải

của nhà máy nhiệt điện Em chọn buồng lắng bụi trọng lực và cyclon làm thiết bị xử lý

bụi chính trong dây chuyền xử lý khí thải Chọn thiết bị buồng lắng mục đích để loại bỏnhững bụi thô kích thước >40µm, giảm tải cho công đoạn xử lý bụi tiếp theo và giảm mộtphần nhiệt độ khí thải Sử dụng buồng kín trong đó vận tốc dòng khí thay đổi tới một giátrị nào đó, đủ cho các hạt bụi tách ra khỏi hỗn hợp

Hình 2.1: Thiết bị buồng lắng

Khí thoát ra khỏi thiết bị buồng lắng đi vào thiết bị xử lý bụi xyclon Chọn thiết bị xyclon khô, có thể loại bỏ được bụi có kích thước rất nhỏ >5µm (65-95%) Mục đích chính của thiết bị là lọc bụi tinh Tận dụng lực ly tâm của dòng khí vào thiết bị theo phương tiếp tuyến Hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng bị văng về phía thành của hình trụ cyclon rồi chạm vào đó và được tách ra khỏi dòng khí Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy phểu thu bụi ở dưới xyclon