Nghiên cứu này đặt mục tiêu thử nghiệm lò đốt kiểu cột nhồi để đề xuất một phương án xử lý rác thải vườn nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường không khí xung quanh. Với ưu điểm là dễ vận hành và chi phí đầu tư thấp do đó loại lò đốt kiểu cột nhồi đã được lựa chọn để thí nghiệm do phù hợp với điều kiện thực tế tại các đơn vị.
Hóa học - Sinh học - Mơi trường XỬ LÝ RÁC VƯỜN DOANH TRẠI QN ĐỘI BẰNG MƠ HÌNH LỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI Nguyễn Thành Luân* Tóm tắt: Hiện nay, đơn vị quân đội chất thải rắn sinh hoạt xử lý chủ yếu hai phương pháp chơn lấp đốt Việc áp dụng hai phương pháp đơn vị chưa đảm bảo mặt môi trường chôn lấp không hợp vệ sinh đốt đống tự nhiên, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng sức khỏe cán chiến sĩ Nghiên cứu đặt mục tiêu thử nghiệm lò đốt kiểu cột nhồi để đề xuất phương án xử lý rác thải vườn nhằm giảm thiểu tác động đến mơi trường khơng khí xung quanh Với ưu điểm dễ vận hành chi phí đầu tư thấp loại lị đốt kiểu cột nhồi lựa chọn để thí nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế đơn vị Để lựa chọn điều kiện phù hợp, nghiên cứu tiến hành với chế độ cấp khí trạng thái khác rác vườn Kết thử nghiệm ban đầu với mẫu rác vườn mơ hình cơng suất kg/giờ cho thấy, việc tăng cường cấp gió để rút ngắn thời gian xử lý Với vận tốc gió 0,3 m/s, thời gian cháy 22 phút nhanh so với đốt vận tốc gió 0,08 m/s có thời gian cháy 30 phút Kết đo đạc thơng số nhiễm khí thải CO, NOx SO2 dao động mức thấp cho thấy lị đốt kiểu cột nhồi có khả xử lý hiệu rác vườn Từ khóa: Lị đốt; Rác vườn; Lò đốt kiểu cột nhồi MỞ ĐẦU Chất thải rắn đơn vị đóng quân bao gồm loại: rác thải sinh hoạt (rác thải sinh hoạt trực tiếp từ cán chiến sĩ rác thải nhà bếp), cây, Rác thải sinh hoạt gồm nhiều thành phần vô cơ: giấy, bao nilon nhựa Chất thải rắn (CTR) hữu phát sinh từ sinh hoạt hàng ngày đơn vị quân đội khơng xử lý triệt để thải vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường đất, nước khơng khí Dưới tác động môi trường tự nhiên nhiệt độ, độ ẩm vi sinh vật, chất thải hữu bị phân hủy sản sinh chất khí như: NH4+ có mùi khai, H2S mùi trứng thối, sulfur hữu mùi bắp cải thối rữa, mecaptan hôi nồng, amin mùi cá ươn, diamin mùi thịt thối Khi thải trực tiếp vào kênh rạch, sông, hồ, ao gây ô nhiễm môi trường nước, làm tắc nghẽn đường nước lưu thông, giảm diện tích tiếp xúc nước với khơng khí dẫn tới giảm DO nước Hình Hình chơn lấp rác đơn vị Hình Hình đốt rác đơn vị Khi chất thải rắn hữu phân hủy nước gây mùi hôi thối, gây phú dưỡng nguồn nước làm cho thủy sinh vật nguồn nước mặt bị suy thối CTR phân huỷ chất nhiễm khác biến đổi màu nước thành màu đen, có mùi khó chịu Ngồi bãi rác, bãi chơn lấp CTR khơng hợp vệ sinh, khơng có hệ thống xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn, nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất nhiễm cao không thu gom, xử lý thâm nhập vào nguồn nước đất gây 216 Nguyễn Thành Luân, “Xử lý rác vườn doanh trại quân đội mô hình lị đốt kiểu cột nhồi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng Bên cạnh đó, hóa chất vi sinh vật từ CTR dễ dàng thâm nhập gây ô nhiễm đất, gây ô nhiễm nguồn nước ngầm nhiễm vi sinh vật trứng giun Coliform Việc quản lý xử lý CTR không hợp lý gây ô nhiễm môi trường mà ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ người, đặc biệt khu nhà đơn vị đóng quân Hiện nay, đơn vị đóng quân phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu chôn lấp đốt đống Với phương pháp sử dụng để xử lý rác sinh hoạt đơn vị đóng quân có khả gây nhiễm mơi trường lớn, ảnh hưởng đến sức khỏe đội người dân xung quanh ảnh hưởng mùi hôi, nước rỉ rác sử dụng phương pháp chôn lấp không hợp vệ sinh khí thải sử dụng phương pháp đốt đống Do đó, việc nghiên cứu chế tạo lò đốt kiểu cột nhồi để xử lý rác sinh hoạt đơn vị quân đội cần thiết VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Mô hình thực nghiệm lị đốt kiểu cột nhồi cơng suất kg/giờ a Ngun lý mơ hình thực nghiệm Mơ hình lị đốt kiểu cột nhồi hoạt động theo nguyên tắc mẻ, chất thải rắn nạp vào qua nắp lò, sau nạp liệu xong tiến hành đóng nắp lị Phía nắp lị có ống khói dùng để khí thải ngồi, ống khói thiết kế lỗ lấy mẫu để đặt đầu dò thiết bị đo nhanh nhằm đánh giá hiệu lị đốt Phía buồng đốt có hệ thống ghi lị nhằm phân phối khí cấp vào từ phía vào cho q trình cháy buồng lị Ngồi ra, hệ thống ghi lị cịn có tác dụng thu gom tro cặn sau chất thải rắn bị đốt hết Tại buồng đốt có khu vực gồm: khu vực cháy, khu vực sấy khu vực nạp xếp theo thứ tự từ lên Chất thải rắn nạp vào đốt cháy khu vực cháy, trình cháy diễn nhiệt lượng sinh giúp sấy chất thải rắn phía tạo điều kiện thuận lợi cho trình cháy Phía khu vực sấy khu vực nạp, khu vực chất thải rắn nạp vào chờ sấy đốt cháy Chất thải rắn di chuyển từ khu vực nạp sang khu vực sấy khu vực cháy dựa vào trọng lực chất thải rắn trình đốt cháy làm giảm thể tích Hình Mơ hình lị đốt phận Hình Hình thực tế mơ hình lò đốt kiểu cấu thành cột nhồi b Vật liệu kích thước mơ hình thực nghiệm lị đốt kiểu cột nhồi công suất kg/giờ Vật liệu: - Thân lò đốt thép dày mm, lớp cách nhiệt bơng thủy tinh dày 0,1 m, lớp vỏ ngồi sơn cách nhiệt; Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 217 Hóa học - Sinh học - Mơi trường - Nắp lị thép dày 10mm gắn cố định vào thân lò bulong có lớp chịu nhiệt dày 2mm; - Ống khói làm inox 304; - Đáy lò thép dày 10 mm có phận thu tro xỉ Kích thước: Dựa vào khối lượng riêng chất thải rắn 59 kg/m3 khối lượng mẻ kg tính tốn kích thước mơ hình lị đốt kiểu cột nhồi theo công thức V = m/D =5/59 = 0,085 m3 Chọn thể tích buồng đốt V = 0,1 m3 (1) Căn theo công thức (1) suy thông số kích thước sau: - Đường kính buồng đốt d = 0,4 m; - Chiều cao buồng đốt h = 2d = 0,8 m Rác vườn có lượng dao động khoảng 2.326 – 18.608 kJ/kg với đặc trưng 6.513 kJ/kg [5] tổn thất nhiệt qua tường lị 0,5% [3] từ tính tốn lớp cách nhiệt buồng đốt bơng thủy tinh dày 0,1 m c Vận hành mơ hình thực nghiệm lị đốt kiểu cột nhồi cơng suất kg/giờ Các bước vận hành mơ hình gồm cấp rác vườn vào mơ hình thơng qua mặt bích thân lị nắp lị, bật quạt cấp khí điều chỉnh lưu lượng phù hợp, mồi lửa để bắt đầu trình đốt, đóng mặt bích thân lị nắp lị, q trình đốt đo đạc khí thải để đánh giá hiệu mơ hình, sau kết thúc q trình đốt nhiệt độ lị trở bình thường tiến hành tháo tro xỉ thơng qua mặt bích đáy lị 2.2 Điều kiện thực nghiệm Q trình thực nghiệm tiến hành mơ hình lị đốt kiểu cột nhồi cơng suất kg/giờ với rác vườn lấy đơn vị đóng quân thuộc Quân đoàn điều kiện thực tế khơng chứa rác sinh hoạt có khối lượng riêng chất thải đặc trưng 59 kg/m3 độ ẩm đặc trưng 30% Các điều kiện thực nghiệm mơ hình gồm: Chế độ cấp gió, chế độ cấp nhiên liệu ảnh hưởng thành phần chất thải rắn 2.3 Các thiết bị, dụng cụ thực nghiệm a Thiết bị, dụng cụ thực nghiệm - Thiết bị phân tích khí thải Testo 350 XL - Thiết bị đo tốc độ gió Testo 410 – b Phương pháp thực nghiệm Phương pháp đo nhanh khí thải: Theo phương pháp CTM 30&34 kết hợp với phương pháp US EPA Method phương pháp HD-KT-01 Viện Nhiệt đới môi trường biên soạn Phương pháp xác định vận tốc lưu lượng khí thải: Theo US EPA Method KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng chế độ cấp gió Điều kiện thử nghiệm: - Khối lượng rác cấp: kg; - Thành phần rác: Lá khơ; - Thơng số thay đổi: Tốc độ gió + Khơng cấp gió; + Cấp gió thấp v = 0,08 m/s; 218 Nguyễn Thành Luân, “Xử lý rác vườn doanh trại qn đội mơ hình lị đốt kiểu cột nhồi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ + Cấp gió trung bình v = 0,15 m/s; + Cấp gió cao v = 0,3 m/s Hình Nồng độ khí CO theo chế độ cấp gió Mơ hình lị đốt khơng thể hoạt động khơng cấp gió, khơng cấp gió mơ hình lị đốt trở thành mơ hình nhiệt phân sinh nhiều khí CO trình nhiệt phân diễn khoảng phút kết thúc khơng có nguồn cung cấp nhiệt cho trình nhiệt phân Đối với chế độ cấp gió khác q trình hoạt động mơ hình diễn tương đồng với nồng độ khí CO tăng lên từ từ sau giảm xuống theo chu kỳ trình sụt xuống chất thải rắn lò Do đặc thù lò đốt nên chất thải rắn phía sấy trước bị đốt nên so với lúc nạp liệu thơng số khí CO giảm dần q trình đốt chất thải rắn diễn tốt Chế độ cấp gió ảnh hưởng tới thời gian đốt mẻ, tốc độ cấp gió cao thời gian đốt rút ngắn Tốc độ cấp gió cao thấp ban đầu làm sinh khói nhiều việc cháy chất thải rắn không tốt, việc cấp khí tốc độ cao giúp cho q trình cháy diễn nhanh sau chất thải rắn bắt đầu tự cháy Do đó, việc cấp gió nên điều chỉnh theo giai đoạn cháy nhằm đảm bảo hiệu cháy tốt chất thải rắn lò 3.2 Ảnh hưởng chế độ cấp nhiên liệu Điều kiện thử nghiệm - Khối lượng rác cấp: kg; - Thành phần rác: Lá khô; - Chế độ cấp gió: Cấp gió trung bình 0,15 m/s; - Thông số thay đổi: Chế độ cấp nhiên liệu + Cấp mẻ kg; + Cấp lượt lượt 2,5 kg Hình Nồng độ khí CO theo chế độ cấp nhiên liệu Việc cấp nhiên liệu lần/mẻ làm cho khí CO khói phát sinh nhiều giai đoạn ban đầu kéo dài so với cấp nhiên liệu lần/mẻ nguyên nhân cấp lượng chất thải rắn lớn diễn trình nén tự nhiên nhiên liệu làm chất thải rắn khó cháy Thời gian đốt chế độ cấp liệu lần/mẻ nhanh chế độ cấp liệu lần/mẻ khoảng phút Ở chế độ cấp nhiên liệu diễn trình tăng giảm CO theo chu kỳ việc chất Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 219 Hóa học - Sinh học - Mơi trường thải rắn sau cháy hết bị sụt xuống để dồn chất thải rắn xuống tiếp tục đốt Qua hình thấy rõ phút thứ 10 chế độ cấp lần/mẻ CO đột ngột tăng cao, nguyên nhân cấp liệu lần 2, sau cấp liệu lần lượng CO phát sinh lớn giai đoạn lượng chất thải rắn giai đoạn cháy chưa hết hoàn toàn bổ sung thêm 3.3 Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu Điều kiện thử nghiệm - Khối lượng rác cấp: kg; - Thành phần rác: Lá khô, cỏ tươi; - Chế độ hoạt động: Cấp gió trung bình 0,15 m/s, rác cấp lần/mẻ; - Thông số thay đổi: thành phần rác + Lá khô; + Cỏ tươi; + Hỗn hợp rác vườn thực tế gồm khô cỏ tươi Hình Nồng độ khí CO với thành phần nhiên liệu Chất thải rắn có độ ẩm lớn thời gian đốt lâu tương ứng cỏ tươi có thời gian đốt cao sau hỗn hợp gồm cây, cỏ tươi cuối khô Độ ẩm cao chất thải rắn dẫn tới phát sinh nhiều khói trình đốt, trình đốt cỏ tươi giai đoạn đầu phát sinh lượng khói lớn độ ẩm cao cỏ tươi ảnh hưởng tới hiệu cháy với cấu tạo lò đốt nên sau cỏ tươi bắt đầu cháy trình cháy diễn nhanh nhiệt lượng sinh từ trình cháy sấy cỏ tươi chưa cháy tạo điều kiện thuận lợi cho trình cháy Đối với chất thải rắn có độ ẩm vừa phải trường hợp hỗn hợp cỏ tươi lò đốt làm việc hiệu nhiên nồng độ trung bình khí CO cao so với việc đốt khô 3.4 Đánh giá hiệu mơ hình lị đốt kiểu cột nhồi Điều kiện vận hành mơ sau: - Chế độ cấp gió: Điều chỉnh theo giai đoạn, giai đoạn ổn định giữ mức gió trung bình; - Chế độ cấp liệu: lần/mẻ; - Khối lượng chất thải rắn: kg/mẻ; - Thành phần chất thải rắn: Hỗn hợp rác vườn với thành phần khô trạng thái tự nhiên Bảng Kết đo đạc khí thải lị đốt cột nhồi với nhiên liệu rác vườn STT Thông số Số liệu đo đạc QCVN 61-MT:2016/BTNMT SO2 (mg/m3)