Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý CTNH với mục đích nhằm giảm thiểu độc tính, thay đổi độc tính, phân hủy chất thải hay loại chất thải ra khỏi nước thải, chất thải rắn hay khí thải hoặc cô lập chất thải. Nhìn chung có một số phương pháp xử lý sau :
1.3.1. Phương pháp hoá học – vật lý
Bao gồm các kỹ thuật : hấp thu khí, chưng cất, trích ly, bay hơi, oxy hóa hóa học, dòng tới hạn, màng.
Hấp thu khí :
Là kỹ thuật xử lý nước ngầm bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ bay hơi nồng độ thấp (<200 mg/l), thường sử dụng các thiết bị đi kèm như : tháp đệm, tháp mâm, hệ thống phun, khuếch tán khí hay thông khí cơ học.
Khi thiết kế tháp hấp thụ cần xem xét các yếu tố : tính bay hơi của chất hữu cơ, tỷ lệ lưu lượng khí và lưu lượng nước xử lý, tổn thất cột áp, khả năng xuất hiện dòng, kênh chảy trong tháp do sự phân phối khí không đồng đều, lượng khí bay ra cần được xử lý hay không.
Hấp thụ hơi :
Kỹ thuật dùng để loại chất hữu cơ bay hơi và bán bay hơi trong nước thải và nước ngầm, áp dụng khi nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải hay nước ngầm cao và có khả năng giảm nồng độ xuống rất thấp. Các thiết bị thường sử dụng : tháp mâm chóp tháp mâm xuyên lỗ, tháp đệm. Quá trình này dựa trên cơ sở sự truyền khối giữa hai pha, tuy nhiên có sự khác biệt sau :
Hấp thụ khí Hấp thụ hơi - Dung môi hấp thụ là khí
- Dung môi hấp thu ít hòa tan trong nước
- Vận hành ở nhiệt độ thấp ( nhiệt độ môi trường ) - Chất hữu cơ theo pha khí.
- Dung môi hấp thụ là hơi - Dung môi hấp thu hòa tan
nhiều trong nước
- Vận hành ở nhiệt độ cao
- Chất hữu cơ được tách thành pha lỏng riêng.
Hấp phụ :
Là phương pháp sử dụng trong việc tách chất ô nhiễm trong khí, nước bằng chất hấp phụ. Chất được sử dụng để hấp phụ thường là than hoạt tính để loại bỏ các thành phần hữu cơ độc hại trong nước ngầm và nước thải công nghiệp.
Trung hòa :
Phương pháp này được áp dụng để thay đổi đặc tính ăn mòn của CTNH đối với hóa chất sử dụng có thể là kiềm ( Ca(OH)2, NaOH…) hay acid ( HCl, H2SO4, …). Trong đó, các ion H+ ( hay OH- ) gây nên đặc tính ăn mòn ( khi pH nhỏ hơn 2 và lớn hơn 12.5 ) sẽ được kết hợp với ion H+ ( hay OH- ) để đạt pH trung hòa.
H+ + OH- H2O
Lọc :
Là quá trình loại các cặn lơ lửng trong nước thải bằng cách sử dụng các vật liệu xốp.
Đây là quá trình thường được áp dụng để loại bỏ hàm lượng cặn trong dòng nước thải nguy hại sau xử lý bằng phương pháp kết tủa – lắng hay tuyển nổi. Bên cạnh đó cũng được ứng dụng để tách bớt nước từ bùn sinh ra trong quá trình xử lý nước thải khi đem bùn đi đốt.
Kết tủa :
Là quá trình áp dụng nhằm loại bỏ thành phần kim loại nặng ( Pb, Cd, Zn, Ni, …) có trong nước thải có tính chất nguy hại bằng cách chuyển các ion này từ dạng hòa tan thành dạng không hòa tan sau đó loại kết tủa bằng quá trình lắng hay lọc. Tùy theo
hóa chất sử dụng để kết tủa kim loại mà các quá trình này có những tên gọi khác nhau như : kết tủa hydroxit, kết tủa sulfide hay kết tủa carbonate.
Me2+ + 2OH- Me(OH)2 Me2+ + S2- MeS Me2+ + CO32-
MeCO3
Oxy hóa khử :
Oxy hóa khử là quá trình sử dụng rộng rãi trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp, sinh hoạt cũng như trong quá trình xử lý nước thải nguy hại. Phương pháp này được dùng để oxy hóa khử các thành phần hữu cơ có độc tính trong nước thải như : phenol, dung môi hữu cơ chứa chlo, hợp chất đa vòng, benzen, toluen…hay các thành phần vô cơ như sulfide, amoniac, xyanua, ion kim loại nặng,… Các hóa chất được sử dụng trong quá trình có thể là chlo [ Cl2, NaOCl, Ca(OCl)2 ], H2O2, KMnO4, O3… Ngày nay, người ta có xu hướng sử dụng H2O2 và O3 nhiều vì khi sử dụng chlo, nếu trong nước thải có các tạp chất vòng thơm thì quá trình oxy hóa khử có thể hình thành các sản phẩm phụ có các vòng thơm chứa chứa chlor có tính độc rất cao đối với con người và môi trường. Bên cạnh đó việc sử dụng O3 và H2O2 kết hợp với các yếu tố xúc tác khác nhằm làm tăng hiệu quả của quá trình xử lý. Chẳng hạn việc kết hợp sử dụng với O3/H2O2, UV/H2O2, O3/UV, O3/H2O2/UV…
Bay hơi :
Bay hơi là quá trình được sử dụng để loại bỏ các thành phần hữu cơ trong nước thải, cô đặc nước thải hay bùn từ các quá trình xi mạ. Quá trình bay hơi có thể thực hiện trong các thiết bị trao đổi nhiệt thông thường hoặc là kết hợp kỹ thuật màng.
1.3.2. Phương pháp sinh học
Chất thải nguy hại cũng có thể xử lý bằng phương pháp sinh học ở điều kiện hiếu khí và yếm khí như chất thải thông thường. Tuy nhiên, bổ sung chủng loại vi sinh ở điều kiện thích hợp và điều kiện tiến hành được kiểm soát chặt chẽ hơn.
Quy trình hiếu khí : là quá trình hoạt động của vi sinh vật chuyển chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ ( quá trình khoáng hóa ) trong điều kiện có oxy. Sản phẩm của quá trình là CO2, H2O.
Quá trình yếm khí là quá trình khoáng hóa nhờ vi sinh vật ở điều kiện không có oxy. Công nghệ xử lý sinh học yếm khí tạo thành sản phẩm là CH4 chiếm phần lớn, CO2 và H2, N2, H2S, NH3.
1.3.3. Phương pháp nhiệt
Phương pháp này là kỹ thuật xử lý CTNH có nhiều ưu điểm được sử dụng để xử lý CTNH không thể chôn lấp mà có khả năng cháy. Trong phương pháp này, nhờ sự oxy hóa và phân huỷ nhiệt mà các chất hữu cơ sẽ được khử độc tính và phá vỡ cấu trúc. Bên cạnh ưu điểm là CTNH gần như bị phân hủy hoàn toàn ( 99,99% ), tiết kiệm thời gian, nhỏ gọn, tuy nhiên có là quá trình đốt có thể hình thành khí độc ( dioxin và furan ) khi đốt cháy chất hữu cơ có chứa chlo trong điều kiện lò đốt không đảm bảo các yếu tố kỹ thuật hay chế độ vận hành không được kiểm soát chặt chẽ.
Phương pháp này sử dụng các loại lò đốt như :
Lò đốt chất lỏng
Lò đốt thùng quay
Lò đốt tầng sôi
1.3.3.1 Lò đốt chất lỏng ( liquid incinerator ) :
Lò đốt này được sử dụng để đốt các CTNH hữu cơ có thể bơm được, có thể kết hợp đốt chất thải nguy hại dạng khí. Chất lỏng sẽ được phun vào lò đốt dưới dạng sương bụi với kớch thước nhỏ giọt khoảng 1à. Thiết bị cú dạng hỡnh trụ nằm ngang, tuy nhiên khi hàm lượng chất hữu cơ cao có dạng thẳng đứng.
Ưu điểm :
- Đốt được nhiều loại chất thải lỏng nguy hại.
- Không yêu cầu lấy tro thường xuyên.
- Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng theo tốc độ nhập liệu.
- Chi phí bảo trì thấp.
Nhược điểm :
- Chỉ áp dụng đối với chất thải có thể nguyên tử hóa.
- Cần cung cấp để quá trình cháy được hoàn tất tránh ngọn lửa tác động lên gạch chịu lửa.
- Dễ bị nghẹt béc khi bơm chất thải lỏng có cặn.
1.3.3.3 Lò đốt thùng quay :
Lò đốt dạng này được sử dụng để đốt chất thải rắn, bùn, khí và chất lỏng. Thiết bị thường có dạng hình trụ. Thùng thường quay với vận tốc 0,5 – 1 vòng/phút, thời gian lưu chất thải trong lò từ 0,5 – 1,5 giờ với lượng chất thải chiếm 20% thể tích lò.
Ưu điểm :
- Áp dụng cho cả chất thải rắn và lỏng.
- Có thể đốt kết hợp chất rắn và lỏng hay đốt riêng.
- Không bị nghẹt gi do có qú trình nấu chảy.
- Có thể nạp chất thải ở dạng thùng hoặc khối.
- Quá trình có thể 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.
Nhược điểm :
- Chi phí đầu tư cao.
- Vận hành phức tạp.
- Yêu cầu lượng khí dư lớn do thất thoát qua các khớp nối.
- Thành phần tro trong khí thải cao.
1.3.3.3 Lò đốt tầng sôi :
Được sử dụng để xử lý chất thải dạng lỏng, khí, trong đó chất thải được đưa vào lớp vật liệu là cát, hạt nhôm, carbonate calci. Nhiệt độ vận hành của thiết bị này là 670 – 870 oC và lượng khí dư cấp cho lò là 25 – 150% lượng khí lý thuyết.
Ưu điểm :
- Có thể áp dụng cho cả chất thải rắn và lỏng, khí.
- Thiết kế đơn giản, hiệu quả cao.
- Nhiệt độ khí thải thấp, lượng khí dư yêu cầu thấp - Lượng nhập liệu cần cố định.
Nhược điểm :
- Khó tách phần không cháy được.
- Lớp dịch chuyển phải được tu sữa và bảo trì.
- Có khả năng phá vỡ lớp đệm.
- Nhiệt độ đốt cháy bị khống chế bởi vì nếu cao hơn 815 oC có khả năng phá vỡ lớp đệm.
- Chưa được sử dụng nhiều trong xử lý chất thải nguy hại.
1.3.3.3 Lò đốt ST ( công nghệ đốt không khói )
Hiện nay trong nước đã thiết kế nên một số loại lò đốt có tính năng khả thi như lò đốt ST của Công ty Khoa học và công nghệ về Bảo vệ môi trường (STEPRO) đã thiết kế.
Lò đốt rác được ST được thiết kế tính toán khoa học về chế độ nhiệt, chế độ đối lưu của dòng khí, giúp tiết kiệm nhiên liệu, đốt cháy hoàn toàn chất thải và không nhìn thấy khói thoát ra. Công nghệ không khói này là một ưu điểm nổi bật.
Lò có 2 buồng sơ cấp và thứ cấp, nhiệt độ buồng sơ cấp duy trì ở 600 – 850 oC, nhiệt độ buồng thứ cấp duy trì ở 1.050 – 1.200oC, buồng lưu nhiệt dài 3m, nên thời gian lưu cháy lớn hơn 2 giây, có khả năng đốt cháy triệt để các CTNH kể cả dioxin. Với sự trợ giúp của hệ thống xử lý khí 2 cấp, khí thải đạt tiêu chuẩn môi trường theo TCVN 6560-1999.
Do buồng đốt chất thải nguy hại ST làm bằng bê tông chịu nhiệt nên rất bền và không bị mất nhiệt. Chỉ sau 15 – 20 phút khởi động là đạt nhiệt độ có thể nạp CTNH vào lò đốt. Các vòi đốt tự động đóng ngắt nên tiêu giảm tiêu hao nhiên liệu, tính trung bình tỷ suất tiêu hao nhiên liệu cho 1 kg rác là 0,5 – 0,6 kg dầu DO. Hệ thống xử lý sử dụng xiclon áp lực và phun sương, có khả năng loại bỏ triệt để bụi và khí axit. Lò được thiết kế tính toán khoa học về chế độ nhiệt, chế độ đối lưu của dòng không khí, giúp tiết kiệm nhiên liệu, đốt cháy hoàn toàn chất thải, khí thải đạt tiêu chuẩn môi trường TCVN 6560-1999 và không nhìn thấy khói thoát ra. “Công nghệ không khói” là một ưu điểm nổi bật mà không có bất kỳ lò đốt rác nào đang lưu hành ở nước ta ( kể cả nhập của nước ngoài) hiện nay có được.
Ngoài ra, việc đưa vòi đốt Rillo (của Italy) 2 cấp vào sử dụng, đốt bằng dầu DO giúp cho nhà đầu tư tiết kiệm được nhiên liệu, giảm giá thành vận hành, bảo vệ tốt sức khỏe của công nhân vận hành.
BẢNG 5 : Những đặc tính kỹ thuật của lò đốt chất thải nguy hại ST Model ST-15 ST-30 ST-50 ST-80 ST-120 ST- ST-
Công suất, kg/h
15 30 50 80 120 200 500
Thể tích buồng sơ cấp, m3
0,40 0,64 1,25 1,82 2,94 5,12 12,10
Thể tích buồng thứ cấp, m3
0,20 0,36 0,46 0,62 0,86 1,76 3,70
Chiều buồng lưu nhiệt, m
3
Nhiệt độ buồng sơ cấp, oC
600 – 850
Nhiệt độ buồng thứ cấp, oC
1050 – 1200
Thời gian lưu cháy, giây
2
Vòi đốt sơ cấp
Rillo 2 cấp (Italy), điều chỉnh khí tự động, tự động chuyển đổi chế độ đốt khí, nhiệt độ đạt tới giới hạn đặt, giúp tiết kiệm chi phí, được bố trí đặc biệt nên đạt hiệu suất đốt chất thải rất cao.
Vòi đốt buồng thứ cấp
Rillo (Italy), điều chỉnh khí tự động.
Model ST-15 ST-30 ST-50 ST-80 ST-120 ST- 200
ST- 500 Chiều cao
đỉnh ống khói, m
8 8 10 12 15 20 30
Đường kính ống khói, m
0,3 0,4 0,5 0,8 1,2
Chiều dày thành lò, mm
220 220 220 300 300 300 300
Vật liệu buồng đốt
Vật liệu chịu nhiệt 1600oC Vật liệu
buồng hạ nhiệt
Vật liệu chịu nhiệt 1600oC
Nhiên liệu Dầu DO hoặc gas(tùy chọn) Tiêu hao
nhiên liệu
0,5-0,6 lít/kg rác thải, tùy thuộc vào độ ẩm và nhiệt trị của rác
Tiêu hao điện, W
600 800 2000 3000 4000 5000 6000 Khối lượng,
Tấn
5 8 10 16 22 34 45
Nạp rác tự động (tự chọn)
Hệ thống xi lanh thủy lực được điều khiển tự động bằng PLC hoạt động theo chương trình.
Tiêu chuẩn chất lượng
Đạt tiêu chuẩn môi trường TCVN 5938, TCVN 6560-2005 và tiêu chuẩn chất lượng TCVN 7380-2004.
Khi đốt không nhìn thấy khói thoát ra- “Công nghệ không khói”
1.3.4. Phương pháp ổn định hoá rắn
Ổn định và hóa rắn là quá trình làm tăng các tính chất vật lý của chất thải, giảm khả năng phát tán vào môi trường hay làm giảm tính độc hại của chất ô nhiễm.
Quá trình làm ổn định là quá trình mà chất thêm vào được trộn với chất thải để giảm tới mức tối thiểu khả năng phán tán của CTNH ra khỏi khối chất thải và làm giảm tính độc đến mới tối thiểu.
Quá trình đóng rắn là quá trình sử dụng các chất phụ gia làm thay đổi bản chất vật lý của chất thải ( thay đổi tính kéo, nén hay độ thấm ).
Phương pháp ổn định - hóa rắn được sử dụng rộng rãi trong xử lý CTNH vô cơ. Khi thực hiện quá trình, bùn thải cần được tách nước, điều chỉnh sao cho pH đạt yêu cầu và chuyển kim loại sang dạng không hòa tan để giảm khả năng dịch chuyển của chất thải vào môi trường.