Thiết kế hệ thống lò đốt xử lý chất thải nguy hại sử dụng công nghệ áp suất âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế hệ thống lò đốt xử lý chất thải nguy hại sử dụng công nghệ áp suất âm VŨ ANH ĐỨC Duc.VACB190192@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Duy Hải Viện: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI, 12/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế hệ thống lò đốt xử lý chất thải nguy hại sử dụng công nghệ áp suất âm VŨ ANH ĐỨC Duc.VACB190192@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Duy Hải Viện: Điện tử - Viễn thơng HÀ NỘI, 12/2021 Chữ ký GVHD CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Vũ Anh Đức Đề tài luận văn: Thiết kế hệ thống lò đốt xử lý chất thải nguy hại sử dụng công nghệ áp suất âm Chuyên ngành: Kỹ thuật Y Sinh Mã số SV: CB190192 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/12/2021 với nội dung sau: - Bổ sung nguồn tài liệu tham khảo cho nội dung hình ảnh luận văn - Chỉnh sửa lỗi định dạng luận văn theo quy chuẩn trình bày luận văn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngày 29 tháng 12 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Vũ Duy Hải hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu phòng nghiên cứu 307-C9 Em cảm ơn hướng dẫn, giúp đỡ đề xuất hữu ích nhận từ giảng viên Bộ môn Công nghệ điện tử - Kỹ thuật y sinh Viện Điện tử Viễn thông suốt trình học tập nghiên cứu em trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong thời gian làm việc với thầy cô, em không tiếp thu thêm kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học tập cơng tác sau Đồng thời trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Vũ Anh Đức Tóm tắt nội dung luận văn Chất thải y tế dạng chất thải nguy hại Tuy nhiên, nhiều bệnh viện sở y tế chưa có quy trình chuẩn để xử lý loại chất thải này, khiến cho trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường nguy hiểm, gây dư luận cộng đồng Đặc biệt, hoàn cảnh dịch bệnh COVID-19 bùng phát mạnh Việt Nam, yêu cầu xử lý loại chất thải lây nhiễm phát sinh dịch bệnh ngày tăng cao Trước thực trạng này, em kết hợp nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu, phát triển ứng dụng thực tế lò đốt chất thải y tế nguy hại sử dụng áp suất âm Việt Nam Luận văn trình bày ba nội dung chính: Tổng quan phương pháp thiêu đốt xử lý chất thải rắn y tế nguy hại, Thiết kế hệ thống lò đốt áp suất âm xử lý chất thải rắn y tế nguy hại, Kết thực đề tài Em nhóm nghiên cứu vận hành thử nghiệm hệ thống lò đốt vào thực tế, đảm bảo đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia lò đốt chất thải rắn y tế QCVN 02:2012/BTNMT quy chuẩn hành khác lò đốt xử lý chất thải rắn y tế nguy hại Pháp luật Việt Nam Hiện tại, hệ thống thực xử lý phần chất thải rắn y tế phát sinh từ bệnh viện, chất thải lây nhiễm phát sinh từ khu vực cách ly, điều trị bệnh nhân COVID-19 tỉnh Phú Thọ Em nhóm nghiên cứu tiếp tục theo dõi trình vận hành, đánh giá số liệu để tối ưu hóa hoạt động hệ thống lị đốt HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Vũ Anh Đức MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG vi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Y TẾ NGUY HẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT 1.1 Chất thải rắn y tế trạng Chất thải rắn y tế Việt Nam 1.1.1 Giới thiệu Chất thải rắn y tế 1.1.2 Hiện trạng Chất thải rắn y tế Việt Nam 1.1.3 Sự bùng phát lượng chất thải lây nhiễm đại dịch COVID-19 1.2 Phương pháp thiêu đốt xử lý Chất thải rắn y tế 1.2.1 Hiện trạng xử lý Chất thải rắn y tế Việt Nam 1.2.2 Giới thiệu phương pháp thiêu đốt Chất thải y tế 1.2.3 Quy trình xử lý thiêu đốt Chất thải y tế tập trung 12 1.3 Lò đốt Chất thải rắn y tế sử dụng áp suất âm hãng Kusukusu 15 1.3.1 Giới thiệu hãng Kusukusu 15 1.3.2 Nguyên lý hoạt động lò đốt Kusukusu 16 1.3.3 Ứng dụng áp suất âm lò đốt Kusukusu 21 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ ĐỐT ÁP SUẤT ÂM XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Y TẾ NGUY HẠI 25 2.1 Quy trình cơng nghệ cải tiến hệ thống xử lý Chất thải rắn y tế 25 2.1.1 Tổng quan hệ thống 25 2.1.2 Buồng đốt sơ cấp 29 2.1.3 Buồng đốt thứ cấp 31 2.1.4 Bộ trao đổi nhiệt 32 2.1.5 Hệ thống xử lý khí 32 2.1.6 Hệ thống điều khiển từ xa 34 2.1.7 Kiểm soát q trình cháy lị đốt Kusukusu 35 2.2 Các thiết bị sử dụng cho lò đốt 36 2.2.1 Đầu đốt dầu diesel (Burner) 36 2.2.2 Quạt hút ly tâm công nghiệp 38 2.2.3 Biến tần 42 2.2.4 Cảm biến đo nhiệt độ 44 2.3 Thiết kế khối mạch điều khiển hệ thống lò đốt 46 2.3.1 Thiết kế khối nguồn 47 2.3.2 Khối mạch thu tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ .48 2.3.3 Mạch điều khiển Rơ-le 50 2.3.4 Vi điều khiển 51 2.4 Thiết kế phần mềm điều khiển máy tính 54 2.4.1 Tổng quan Java 54 2.4.2 Netbeans IDE Java Development Kit 57 2.4.3 Thiết kế phần mềm điều khiển 58 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 61 3.1 Kết thiết kế phần cứng điều khiển 61 3.1.1 Mạch điện tử điều khiển 61 3.1.2 Hệ thống điều khiển 62 3.2 Kết thiết kế phần mềm .63 3.3 Kết chạy thử nghiệm hệ thống lò đốt Chất thải rắn y tế: 65 3.3.1 Kết vận hành lò đốt 65 3.3.2 Kết xử lý khí CO 69 3.3.3 Kết xử lý Dioxin/Furan 70 3.3.4 Kết xử lý SO2, NOx HCl 71 3.3.5 Kết cải thiện hiệu suất cháy lò đốt 73 3.4 Đánh giá .76 KẾT LUẬN 77 Kết luận 77 Hướng phát triển Luận văn tương lai 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO .79 PHỤ LỤC 82 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh chất thải rắn y tế Hình 1.2 Đồ thị tích lũy số lượng ca nhiễm COVID-19 năm 2021 Việt Nam Hình 1.3 Lị đốt Bệnh viện Đa khoa Huyện Đông Triều Nguồn Báo Quảng Ninh [14] Hình 1.4 Hình ảnh hố chơn chất thải y tế tự phát [15] Hình 1.5 Hình ảnh lị đốt chất thải y tế [19] 10 Hình 1.6 Quy trình xử lý chất thải rắn y tế 12 Hình 1.7 Các loại thùng đựng rác y tế [21] 13 Hình 1.8 Xe chuyên dụng vận chuyển chất thải y tế 14 Hình 1.9 Hình ảnh lò đốt Kusukusu [22] 16 Hình 1.10 Mơ hình lị đốt CTYT hãng Kusukusu 17 Hình 1.11 Mơ tả định nghĩa áp suất [24] 21 Hình 1.12 Luồng khí lò đốt áp suất dương áp suất âm 22 Hình 1.13 Hiện tượng cháy áp suất âm điếu thuốc 23 Hình 1.14 Lị đốt áp suất âm lị đốt thơng gió cưỡng 24 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống lị đốt cải tiến 26 Hình 2.2 Sơ đồ dây chuyền xử lý chất thải rắn y tế nguy hại sử dụng lò đốt Kusukusu 27 Hình 2.3 Cấu tạo lị đốt chất thải rắn y tế nguy hại 29 Hình 2.4 Cấu tạo tường buồng đốt sơ cấp 30 Hình 2.5 Hình ảnh mơ tả cấu tạo phận trao đổi nhiệt 32 Hình 2.6 Tháp lắng bụi ướt 33 Hình 2.7 Tháp hấp thụ NaOH 33 Hình 2.8 Buồng hấp phụ than hoạt tính 34 Hình 2.9 Đầu đốt dầu DO kiểu súng [25] 36 Hình 2.10 Cấu tạo đầu đốt kiểu súng 37 Hình 2.11 Quạt hút ly tâm trực tiếp gián tiếp [26] 39 Hình 2.12 Cấu tạo quạt ly tâm [27] 40 Hình 2.13 Bản vẽ thiết kế quạt ly tâm 41 Hình 2.14 Biến tần IG5A hãng LS [28] 42 Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện biến tần [29] 43 Hình 2.16 Biến đổi điện áp/tần số qua biến tần [29] 44 Hình 2.17 Can nhiệt loại K 45 Hình 2.18 Cấu tạo can nhiệt loại K [30] 45 iii Hình 2.19 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lị đốt .46 Hình 2.20 Sơ đồ khối khối nguồn điện áp 47 Hình 2.21 AMS1117_3.3V (bên trái) AMS1117_5V (bên phải) [31] 47 Hình 2.22 Khối nguồn cung cấp 48 Hình 2.23 Hình ảnh ADS1118 [32] 48 Hình 2.24 Sơ đồ chân ADS1118 [33] 49 Hình 2.25 Mơ hình cấu tạo ADS1118 [33] .50 Hình 2.26 Sơ đồ tính tốn giá trị nhiệt độ 50 Hình 2.27 Relay 5V10A SRD-05VDC-SL-C [34] .51 Hình 2.28 Mạch điều khiển Rơ-le 51 Hình 2.29 Vi điều khiển TM4C123GH6PM [35] .52 Hình 2.30 Phần mềm Code Composer Studio 52 Hình 2.31 Giao diện phần mềm Code Composer Studio 52 Hình 2.32 Giao tiếp SPI .53 Hình 2.33 Q trình biên dịch ngơn ngữ Java 55 Hình 2.34 Giao diện Netbeans IDE 58 Hình 2.35 Giao diện phần mềm điều khiển 59 Hình 2.36 Khối lệnh mở CommPort 59 Hình 2.37 Lựa chọn cổng kết nối .59 Hình 2.38 Khối lệnh kiểm tra trạng thái kết nối 60 Hình 2.39 Nhiệt độ buồng đốt thứ cấp hiển thị giao diện phần mềm 60 Hình 2.40 Trạng thái Đầu đốt Quạt 60 Hình 3.1 Hệ thống phần cứng điều khiển lị đốt 61 Hình 3.2 Mạch điện tử hệ thống điều khiển 62 Hình 3.3 Các khởi động từ rơle nhiệt 62 Hình 3.4 Giao diện phần mềm điều khiển 63 Hình 3.5 Giao diện nút điều khiển .63 Hình 3.6 Giao diện hiển thị nhiệt độ buồng đốt 64 Hình 3.7 Giao diện trạng thái lị đốt 64 Hình 3.8 Hình ảnh lò đốt thực tế 65 Hình 3.9 Hình ảnh lửa phát từ đầu đốt dầu 65 Hình 3.10 Nhiệt độ buồng đốt thứ cấp sơ cấp 66 Hình 3.11 Ngọn lửa cháy buồng đốt sơ cấp 66 Hình 3.12 Khói khơng qua xử lý .66 Hình 3.13 Khói sau qua xử lý 67 iv Hình 3.14 Hình ảnh buổi lễ khánh thành nhà máy xử lý chất thải y tế Trạm Thản 67 Hình 3.15 Lượng CTNH có nguy chứa Sars-CoV-2 lị đốt xử lý tháng 68 Hình 3.16 Nồng độ CO khí thải q trình thiêu đốt chất thải 69 Hình 3.17 Sư thay đổi nồng độ SO2 NOx trước sau tháp phun dung dịch NaOH hoạt động 72 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ buồng đốt sơ cấp cháy đầu 74 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ buồng đốt sơ cấp đốt tồn q trình cháy 75 v k = 0; GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, k); } Debounce_Count = 0; Check_Debounce = true; */ // GPIOIntEnable(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_INT_PIN_4); /* // if(GPIOIntStatus(GPIO_PORTF_BASE, true) == GPIO_PIN_4) { uint8_t x = 6; // UARTprintf("Hello, bay gio la %d gio", x); // UARTprintf("23"); // // strcpy(Leave_Request, "23/\n"); UARTPutBuffer(); // memset(Leave_Request, '\0', sizeof(Leave_Request)); //SW1 } if(GPIOIntStatus(GPIO_PORTF_BASE, true) == GPIO_PIN_0) { //SW2 UARTPutBuffer(); } // // */ UARTCharPut(UART0_BASE,'E'); UARTPutBuffer(); GPIOIntClear(GPIO_PORTF_BASE, GPIOIntStatus(GPIO_PORTF_BASE, true)); } void Config_SWITCH(void) { SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF); GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_4); GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_4, GPIO_STRENGTH_8MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU); //REGISTER PULL-UP GPIOIntRegister(GPIO_PORTF_BASE,&SWITCH_ISR); GPIOIntEnable(GPIO_PORTF_BASE,GPIO_INT_PIN_4); IntEnable(INT_GPIOF); } void Blinky_LED(void) { static uint8_t i=0; if(i==0) i = LED_Status; else i = 0; GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2, i); 88 // SysCtlDelay(SysCtlClockGet()/3); //delay 1s } void Config_GPIO_D(void) { SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD); GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2); GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_1); GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_2); } • Timer.h #include " /include.h" #include "Timer.h" static Color_LED Led_Status_Color = Blue; static int test_pos = 0; static int Debounce_Time = 0; static int Debounce_Count = 0; static void Timer0A_ISR(void) { // TimerDisable(TIMER0_BASE, TIMER_A); TimerIntClear(TIMER0_BASE, TIMER_TIMA_TIMEOUT); int32_t Switch_Status; Switch_Status = GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_4); if(Switch_Status == 0) Debounce_Count++; Debounce_Time++; if(Debounce_Time == 20) { TimerDisable(TIMER0_BASE, TIMER_A); Debounce_Time = 0; if(Debounce_Count > 10) { GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_1, 0); strcpy(Leave_Request, "1/\n"); UARTPutBuffer(); memset(Leave_Request, '\0', sizeof(Leave_Request)); } 89 Debounce_Count = 0; } // /* ADCProcessorTrigger(ADC1_BASE, 3); TimerIntClear(TIMER1_BASE, TIMER_TIMA_TIMEOUT); TimerIntClear(TIMER2_BASE, TIMER_TIMA_TIMEOUT); if(Led_Status_Color == Green) { TimerDisable(TIMER0_BASE, TIMER_A); TimerEnable(TIMER1_BASE, TIMER_A); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_1); Led_Status_Color = Red; } else if (Led_Status_Color == Red) { TimerDisable(TIMER1_BASE, TIMER_A); TimerEnable(TIMER2_BASE, TIMER_A); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_2); Led_Status_Color = Blue; } else if (Led_Status_Color == Blue) { TimerDisable(TIMER2_BASE, TIMER_A); TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_3); Led_Status_Color = Green; } */ } /*static void Timer1A_ISR(void) { TimerIntClear(TIMER1_BASE, TIMER_TIMA_TIMEOUT); test[test_pos] = GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_4); test_pos++; if(test_pos == 7000) test_pos = 0; } */ void Config_Timer(void) { SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_TIMER0); TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_PERIODIC); //BLUE // TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_PERIODIC); 90 TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, 10*SysCtlClockGet()/1000-1); TimerPrescaleSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, 200); 2^16 * N (N