SỰ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÁC LÒ ĐỐT CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ

SỰ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÁC LÒ ĐỐT CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ 1. Giới thiệu: Chất thải rắn đô thị (MSW) vẫn là một vấn đề nghiêm trọng trong xã hội hiện nay, mặc cho những nỗ lực đáng kể như ngăn chặn, giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế. Hiện nay, kế hoạch thiêu đốt chất thải rắn đô thị (MSWI) để rác thải thành năng lượng (WtE) là 1 trong những lựa chọn hàng đầu của nhà quản lý các nước phát triển. Công nghệ phục hồi năng lượng từ MSW được phát triển trong những năm qua và hiện tại các thiết bị kiểm soát ô nhiểm không khí tối tân hơn bảo đảm rằng lượng khí thải tuân thủ các giới hạn nghiêm ngặt được thiết lập ở các nước phát triển. Đề tài này cho thấy vai trò của sự thiêu đốt trong quá trình WTE trong phạm vi quản lý MSW, đưa ra tổng quan về các công nghệ MSWI và các thiết bị APC được sử dụng để làm sạch khí thải phát tán. Tập trung chủ yếu là trên các chất ô nhiễm không khí chính, chẳng hạn như dioxin và furan. Cuối cùng, ảnh hưởng của khí thải nguy hiểm tới sức khỏe cũng được xem xét. 2. Đóng góp của MSWI trong hệ thống quản lý chất thải rắn hiện đại. Hệ thống phân cấp chất thải có hiệu lực trong Liên minh châu Âu, Directive 2008/98/EC, và ở các nước phát triển khác đưa ra các lựa chọn sau đây để quản lý chất thải: phòng ngừa, tái sử dụng, tái chế, thu hồi khác (ví dụ như thu hồi năng lượng) và xử lý. Thật vậy, ngày nay các hệ thống hiện đại bao gồm các phương pháp khác nhau chung hướng càng nhiều càng tốt để đạt được giải pháp bền vững toàn cầu. Công cụ đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) đã được sử dụng để đánh giá các vấn đề môi trường tiềm tàng của các chiến lược quản lý chất thải khác nhau, từ quan điểm môi trường, năng lượng và quan điểm kinh tế. Những tính toán này đã chỉ ra rằng chôn lấp, ngay cả khi khí bị thu hồi và nước thải được thu gom và xử lý, cần nên tránh, do thực tế các nguồn trong chất thải không được sử dụng hiệu quả (Sundqvist, 2005). Lựa chọn phương pháp môi trường hợp lý bao gồm: đốt, tái chế vật liệu, phân hủy kỵ khí hoặc ủ phân compost. Đốt là quá trình cháy ở nhiệt độ cao, xảy ra quá trình oxy hóa không hoàn toàn chất thải rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Hệ thống đốt cháy rất phức tạp kết hợp đồng thời giữa nhiệt và truyền khối , phản ứng hóa học và lưu lượng chất lỏng. Phương trình thể hiện quá trình đốt cháy chất thải trong không khí, dưới dạng sau ((Jenkins và cộng sự, 1998): Cx1Hx2Ox3Nx4Sx5Clx6Six7Kx8Cax9Mgx10Nax11Px12Fex13Alx14Tix15 + n1H2O + n2(1 + e)(O2 + 3.76 N2) → n3CO2+ n4H2O + n5O2 + n6N2 + n7CO + n8CH4+ n9NO + n10NO2+ n11SO2+ n12HCl+ n13KCl + n14K2SO4+ n15C + … (1) Điều quan trọng cần lưu ý là kinh nghiệm công thức biểu diễn trong phương trình. (1) không đầy đủ vì nó chỉ bao gồm 15 phân tử và chất thải thực có thể chứa nhiều hơn, một số chúng được tìm thấy với số lượng rất nhỏ, các chỉ số phân tử x1 đến x15 có thể thay đổi đa dạng; tương ứng n1 là độ ẩm trong chất thải; n2 liên quan với lượng không khí (coi như là một hỗn hợp của O2 và N2) được sử dụng trong quá trình đốt cháy; (1 + e) không khí dư phụ thuộc đến lượng cân bằng hóa học, thường dao động từ 1,2-2,5 (tùy thuộc vào việc nhiên liệu là khí, lỏng hoặc rắn) (BREF, 2006); n3 đến n15 tương ứng với các hệ số cân bằng hóa học của các phân tử khác nhau được sinh ra như là sản phẩm phản ứng, trong số rất nhiều phân tử khác có thể được sinh ra trong khí thải. Nếu thành phần chất đốt được biểu diễn bởi công thức đơn giản, như CuHvOwNxSy, thì phương trình cháy có thể được đơn giản hóa và biểu diễn bởi phương trình (2) CuHvOwNxSy + (u+ v/4 – w/2 + y) O2 → u CO2 + v/2 H2O + x/2 N2 + ySO2

SỰ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÁC LÒ ĐỐT CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ 1. Giới thiệu: Chất thải rắn đô thị (MSW) vẫn là một vấn đề nghiêm trọng trong xã hội hiện nay, mặc cho những nỗ lực đáng kể như ngăn chặn, giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế. Hiện nay, kế hoạch thiêu đốt chất thải rắn đô thị (MSWI) để rác thải thành năng lượng (WtE) là 1 trong những lựa chọn hàng đầu của nhà quản lý các nước phát triển. Công nghệ phục hồi năng lượng từ MSW được phát triển trong những năm qua và hiện tại các thiết bị kiểm soát ô nhiểm không khí tối tân hơn bảo đảm rằng lượng khí thải tuân thủ các giới hạn nghiêm ngặt được thiết lập ở các nước phát triển. Đề tài này cho thấy vai trò của sự thiêu đốt trong quá trình WTE trong phạm vi quản lý MSW, đưa ra tổng quan về các công nghệ MSWI và các thiết bị APC được sử dụng để làm sạch khí thải phát tán. Tập trung chủ yếu là trên các chất ô nhiễm không khí chính, chẳng hạn như dioxin và furan. Cuối cùng, ảnh hưởng của khí thải nguy hiểm tới sức khỏe cũng được xem xét. 2. Đóng góp của MSWI trong hệ thống quản lý chất thải rắn hiện đại. Hệ thống phân cấp chất thải có hiệu lực trong Liên minh châu Âu, Directive 2008/98/EC, và ở các nước phát triển khác đưa ra các lựa chọn sau đây để quản lý chất thải: phòng ngừa, tái sử dụng, tái chế, thu hồi khác (ví dụ như thu hồi năng lượng) và xử lý. Thật vậy, ngày nay các hệ thống hiện đại bao gồm các phương pháp khác nhau chung hướng càng nhiều càng tốt để đạt được giải pháp bền vững toàn cầu. Công cụ đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) đã được sử dụng để đánh giá các vấn đề môi trường tiềm tàng của các chiến lược quản lý chất thải khác nhau, từ quan điểm môi trường, năng lượng và quan điểm kinh tế. Những tính toán này đã chỉ ra rằng chôn lấp, ngay cả khi khí bị thu hồi và nước thải được thu gom và xử lý, cần nên tránh, do thực tế các nguồn trong chất thải không được sử dụng hiệu quả (Sundqvist, 2005). Lựa chọn phương pháp môi trường hợp lý bao gồm: đốt, tái chế vật liệu, phân hủy kỵ khí hoặc ủ phân compost. Đốt là quá trình cháy ở nhiệt độ cao, xảy ra quá trình oxy hóa không hoàn toàn chất thải rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Hệ thống đốt cháy rất phức tạp kết hợp đồng thời giữa nhiệt và truyền khối , phản ứng hóa học và lưu lượng chất lỏng. Phương trình thể hiện quá trình đốt cháy chất thải trong không khí, dưới dạng sau ((Jenkins và cộng sự, 1998): C x1 H x2 O x3 N x4 S x5 Cl x6 Si x7 K x8 Ca x9 Mg x10 Na x11 P x12 Fe x13 Al x14 Ti x15 + n 1 H 2 O + n 2 (1 + e)(O 2 + 3.76 N 2 ) → n 3 CO 2 + n 4 H 2 O + n 5 O 2 + n 6 N 2 + n 7 CO + n 8 CH 4 + n 9 NO + n 10 NO 2 + n 11 SO 2 + n 12 HCl+ n 13 KCl + n 14 K 2 SO 4 + n 15 C + … (1) Điều quan trọng cần lưu ý là kinh nghiệm công thức biểu diễn trong phương trình. (1) không đầy đủ vì nó chỉ bao gồm 15 phân tử và chất thải thực có thể chứa nhiều hơn, một số chúng được tìm thấy với số lượng rất nhỏ, các chỉ số phân tử x1 đến x15 có thể thay đổi đa dạng; tương ứng n1 là độ ẩm trong chất thải; n2 liên quan với lượng không khí (coi như là một hỗn hợp của O 2 và N 2 ) được sử dụng trong quá trình đốt cháy; (1 + e) không khí dư phụ thuộc đến lượng cân bằng hóa học, thường dao động từ 1,2-2,5 (tùy thuộc vào việc nhiên liệu là khí, lỏng hoặc rắn) (BREF, 2006); n3 đến n15 tương ứng với các hệ số cân bằng hóa học của các phân tử khác nhau được sinh ra như là sản phẩm phản ứng, trong số rất nhiều phân tử khác có thể được sinh ra trong khí thải. Nếu thành phần chất đốt được biểu diễn bởi công thức đơn giản, như C u H v O w N x S y , thì phương trình cháy có thể được đơn giản hóa và biểu diễn bởi phương trình (2) C u H v O w N x S y + (u+ v/4 – w/2 + y) O2 → u CO 2 + v/2 H 2 O + x/2 N 2 + ySO 2 (2) Hình 1. Phân loại các công nghệ nhiệt xử lý MSW (dựa trên DEFRA, 2007) Các quá trình nhiệt tương ứng với các công nghệ rất khác nhau trong cách xử lý chất thải và thu hồi năng lượng. Trong thiêu đốt, năng lượng được giải phóng nhờ các phản ứng oxy hóa, và thu hồi trực tiếp từ khí được hình thành. Hiện nay, thiêu đốt chất thải rắn đô thị (MSWI) trong chất thải thành năng lượng (WTE) được khẳng định là một giải pháp thân thiện môi trường và thay thế chôn lấp, đồng thời cho phép thu hồi một phần lớn năng lượng có trong MSW. Trong thực tế, MSWI có nhiều ưu điểm và nhược điểm như báo cáo trong bảng 1. Tuy nhiên, những vấn đề chính liên quan đến các quá trình này có lẽ là lượng lớn khí thải phát tán có thể gây ra nguy cơ sức khỏe môi trường (Moy và cộng sự, 2008) và chất thải rắn nguy hại còn lại sau khi thiêu đốt như tro bay hoặc dư lượng kiểm soát ô nhiễm không khí (APC) (Quina và cộng sự, 2008a, b). CTR đô thị phát sinh từ các hộ gia đình và một số nguồn tương tự khác trong tự nhiên và nhân tạo khác, nó được thu gom và quản lý bởi các cơ quan có thẩm quyền và bao gồm: giấy, nhựa, thức ăn, thủy tinh và một số sản phẩm gia dụng. Bảng 2 cho thấy một số loại sản phẩm nhân tạo có liên quan đến các dòng thải và những tác động đến môi trường của chúng năm 2009. Thuận lợi Bất lợi Xử lý chất thải mà không cần tiền xử lý Lam giảm nhu cầu bãi chôn lấp Lam giảm thể tích CTR khoảng 90% Làm giảm khối lượng CTR khoảng 70% Có thể thu hồi năng lượng (điện hoặc nhiệt) Nếu quản lý tốt, sự phát thải khí thải rất thấp Phá hủy các mầm bệnh hoặc các chất hữu cơ độc hại Có thể đặt gần noi phát sinh chất thải Giảm chi phí vận chuyển Yêu cầu thể tích đất ít Phát thải khói và mùi qua ống khói Làm giảm vật liệu hữu cơ và chuyển thành CO2 thay cho CH4 và VOC Hình thành các chất nguy hiểm và cần phải có các biện pháp tiêu hủy an toàn Hình thành xỉ (phía dưới của ro) Hình thành lượng lớn khói Chi phí đầu tư và vận hành cao Chi phí bảo trì lớn Yêu cầu nhân viên có trình độ kỹ thuật Yêu cầu kiến trúc bền vững Thiếu ý thức cộng đồng Theo các dữ liệu của Eurostat, CTR đô thị năm 2008 trung bình là 524kg/ người, nhưng nó có thể là 800kg ở Đan Mạch hay là 300kg ở Cộng hòa Séc. Năm 2008, các nước EU-27 tạo ra một lượng lớn CTR là 259 Mt, trong khi đó theo ước tính thì EU-15 tạo ra 221 Mt. Bảng 3-4 mô tả các dòng CTR đô thị được xử lý và trong bảng 3 thể hiện sự tăng lên trong EU-27 từ năm 1995 đến 2009 về bãi chôn lấp, lò đốt, làm phân compost và tái chế. Điều quan trọng là năm 2009, 20% CTR được thiêu đốt, nó vào khoảng 50,9Mt. Lượng nhiệt thấp hơn trung bình ít hơn 7MJ/kg chất thải để xảy ra các phản ứng nhiệt tự phát và giả thiết rằng ở châu Âu giá trị nhiệt lượng thấp hơn là vào khoảng 9-13MJ/kg, sự thiêu đốt 50,9Mt chất thải tạo ra một lượng lớn nhiên liệu có khả năng được thu hồi. Bảng 3 cho thấy những bãi chôn lấp đã giảm từ năm 1995, và năm 2009 thì nó chỉ còn 37%. Trong bảng 4, Nhật bản là quốc gia có sử dụng lò đốt cao (79%) và ở châu Âu, Đan Mạch (54%) và Thụy Điển (50%) là các quốc gia có tỉ lệ sử dụng lò đốt cao nhất. theo thống kê của BREF (2006) về lò đốt chất thải, bảng 2 tổng hợp số lượng và tổng sức chứa của các lò đốt hiện nay của 17 nước ở châu Âu. Những con số này có thể biến đổi theo nguồn sử dụng và theo từng năm. Theo DEFRA (2007), vào năm 2000, khoảng 291 lò đốt có thu hồi năng lượng ở 18 nước phía tây châu Âu, xử lý khoảng 50 triệu tấn chất thải và thu hồi năng lượng là 50 TWh (tương đương 40 triệu tấn dầu). Theo chỉ thị 2008/98/CE, 1 công thức được đưa ra ở phương trình (3) để làm rõ khi đốt MSW thì tiết kiệm năng lượng và có thể thu hồi năng lượng. Thật vậy, việc tiết kiệm năng lượng có thể bằng hoặc cao hơn 0,6 hay 0,65 phụ thuộc vào việc lắp đặt hệ thống trước và sau 31/12/2008. Trong đó Ep là năng lượng được sản xuất hàng năm như là nhiệt (nhân với 1,1) hoặc là điện (nhân với 2,6), Ef là năng lượng hàng năm đưa vào hệ thống từ nhiên liệu góp phần sản xuất ra hơi (GJ/năm), Ew là năng lượng hàng năm chứa trong chất thải xủa lý được tính bằng nhiệt trị của chất thải (GJ/năm) và Ei là năng lượng hàng năm được biết trước bao gồm Ew và Ef (GJ/năm). Hệ số điều chỉnh là 0,97 được đưa ra để tính toán cho năng lượng mất đi bởi vì lượng bức xạ và tro đáy. Điều này đưa ra để biết rằng những ảnh hưởng lớn không dễ đạt được trong quá trình sản xuất điện. Việc sử dụng nước nóng được đưa ra tại những địa điểm có khả thi thực hiện. 3. Lò đốt chất thải rắn đô thị và công nghệ kiểm soát ô nhiễm không khí. Các công nghệ khác nhau có thể áp dụng cho MSW bao gồm đốt cháy rác với các ghi lò di động, thùng quay, lò đốt 2 cấp và tầng sôi. Ở Châu Âu, các lò đốt kiểu lưới (ghi) được sử dụng hơn 90% thiết bị kĩ thuật và trong trường hợp cụ thể lò đốt tầng sôi thì MSW phải được tiền xử lý. Công nghệ đốt sử dụng cho MSW đã và đang được cải tiến từ 10 đến 15 năm, chủ yếu là theo yêu cầu của luật pháp (qui định 1 cách nghiêm ngặt giới hạn dưới phát thải ra ngoài không khí). Theo chỉ thị 2000/76/EC, 1 công trình đốt tương ứng với vài đơn vị kĩ thuật cố định và di động dành riêng cho xử lý nhiệt với việc có và không có thu hồi nhiệt khi đốt. điều này bao gồm đốt bởi việc oxi hóa chất thải cũng như là quá trình xử lý nhiệt như nhiệt phân, khí hóa và cho đến nay khi mà chất tạo thành từ việc xử lý thì được đốt. Việc mô tả này bao gồm địa điểm và nhà máy đốt rác toàn bộ bao gồm: - Tiếp nhận và xử lý chất thải (lưu trử và tiền xử lý tại chỗ) - Buồng đốt (chất thải-nhiên liệu và hệ thống cung cấp khí) - Thu hồi năng lượng (nồi hơi, bộ phận tiết kiệm năng lượng) - Cơ sở cho việc làm sạch khí phát thải - Điểm đặt cơ sở vật chất cho việc xử lý và lưu trữ cặn dư, nước thải, ống khói. - Thiết bị và hệ thống cho việc điều khiển quá trình đốt, ghi dữ liệu và quan trắc các điều kiện đốt - Những diện tích này được phân bố theo hình 5 Xem xét sơ đồ ở hình 5, 1 sự mô tả ngắn gọn dòng vào lò đốt như sau: MSW được vận chuyển bởi xe tải (1) và được đổ vào hố lưu trữ-nơi tiếp nhận (2) chờ cho khối lượng đủ lớn nguyên liệu cho việc WtE. Sau đó, chất thải được chọn ngẫu nhiên thông qua 1 cần cẩu (3) và được thải vào feed hình phễu (4). Dòng chất thải thông qua feeder (5) lên ghi di động (6) nơi mà quá trình đốt xảy ra. Nhà máy được kiểm soát để tối ưu điều kiện đốt đảm bảo C cháy hoàn toàn càng nhiều càng tốt và thời gian lưu không ít hơn 60 phút. Quạt cưỡng bức (7) cung cấp khí thông qua diên tích dưới ghi (8) để đi vào lò đốt (9) để cung cấp oxy thúc đầy phản ứng oxi hóa, pt (1). Dòng khí chủ yếu được lấy từ hố lưu trữ (2) để có áp suất khí thấp hơn và loại bỏ phần lớn phát thải mùi từ diện tích lưu trữ. Mặc dù không được thể hiện ở hình 5, hệ thống cung cấp khí thứ cấp phổ biến trong lò đốt đảm bảo độ xáo trộn của khí đốt (khí thứ cấp) và đảm bảo cho việc đốt cháy hoàn toàn. Khoảng 10-20% khí đốt được tái tuần hoàn như là khí thứ cấp. Phản ứng liên quan tới quá trình này là tỏa nhiệt và lượng lớn năng lượng được phát thải như là nhiệt. ví dụ, nhiệt lượng của MSW ở Đức luôn ở khoảng dao động 7-15 MJ/kg. Năng lượng thu hồi xảy ra phần lớn ở nồi hơi (10), bộ gia nhiệt (12) và bộ tiết kiệm năng lượng (13). Tro đáy cháy hết được để nguội và vận chuyển tới hầm lưu trữ (11).Trong hầu hết các lò đốt, phần dưới của tro được chuyển trên băng chuyền và được phân loại ra sắt và sau đó taischees kim loại và cải thiện tính chất của xỉ được lấy ra. Xỉ có 1 phần được làm thủy tinh và được đóng gói như là chất không nguy hại hay chất thải đặc bieetk ở một số quốc gia. Lượng lớn khí được tạo ra trong quá trình đốt cháy chứa không khí ô nhiễm gây hại cho môi trường được xử lý tuân theo giới hạn nghiêm ngặt của pháp luật. sau đó, dựa vào phần trăm được làm sạch, các hệ thống kiểm soát khí ô nhiễm khác nhau sẽ được áp dụng. ví dụ, ở hình 5, tháp hấp thu khô (14) và tháp lọc bụi túi vải (15) được sử dụng. Trong một số đơn vị, lượng khí dư sau quá trình kiểm soát khí ô nhiễm được tạo ra và nó sẽ được chuyển tới 1 cái hầm (không trình bày). Hầu hết các lò đốt xử lý khí dư trước khi thải bỏ ra các khu loại bỏ. Cuối cùng, bằng việc sử dụng quạt thổi khí cưỡng bức (16) lượng khí sạch được thoát ra thông qua ống khói. Liên quan đến ô nhiễm không khí, cần chú ý quá trình đốt gồm các phản ứng xảy ra rất nhanh và xảy ra trong pha khí, quá trình tự cháy có thể xảy ra nếu nhiệt lượng của chất thải và oxi đầy đủ. Sau đó, độ dài vỉ lò cũng được trình bày trong hình 6: Trong thực nghiệm, nước và hàm lượng chất bay hơi trong CTR đô thị được phát triển trong pha đầu tiên của quá trình sấy đến nhiệt độ 200 0 C, không cần cung cấp oxy. Pha tiếp theo tương ứng với nhiệt phân và khí hóa vật liệu hữu cơ, ở đó các hợp chất hữu cơ được chuyển thành pha khí. Sau đó, trong quá trình oxi hóa, khí cháy sẽ phản ứng với oxy tạo ra nhiệt và các chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn. Khi có đủ các điều kiện oxi hóa, phản ứng xảy ra hầu như hoàn toàn và khí chính là hơi nước, N2, CO2, O2. Chú ý là những pha này chồng chéo lên nhau về mặt không gian và thời gian. Tuy nhiên, một số biện pháp kỹ thuật trong lò đốt (vd phân phối không khí và thiết kế lò) có thể được thực hiện để gây ảnh hưởng đến các giai đoạn để mà làm giảm các chất ô nhiễm từ việc phát thải khí. Luật pháp châu Âu bắt buộc nhiệt độ pha khí nhỏ nhất là 850 0 C và thời gian lưu là 2s. Nói chung, hệ thống lò đốt CTR đô thị vận hành 24h/ ngày và gần nhu là 365 ngày/ năm. Hệ thống sẵn có là 98% và điều này gây ra sự dư thừa về các thiết bị và quá trình bảo dưỡng. Bảng 7 tổng họp các đầu vào và đầu ra chính của lò đốt CTR đô thị, nó chỉ ra rằng 1 tấn chất thải có nguồn gốc gần 300kg tro đáy, 30 kg dư lượng APC và phần còn lại được phát ra như khí thải. Tốc độ dòng khí được điều chỉnh dựa vào ống khói. Tuy nhiên, lượng lớn 4000-4500 m 3 / tấn không khí là cần thiết để đảm bảo lượng không khí cho bầu khí quyển. Thể tích khí đầu vào trong lò đốt CTR đô thị phụ thuộc vào công nghệ, nó liên quan đến sự tuần hoàn các khí có sẵn. Tuy nhiên, giá trị này có thể thay đổi từ 4500-6000 Nm 3 / tấn chất thải. Mặc dù có sự biến đổi lớn, điển hình 1 tấn CTR đô thị có thể thu hồi được 400-700kWh điện và 1205kWh nhiệt. Nói chung, các dòng lỏng thải ra có thể từ các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí APC nếu hệ thống bị ướt, sự thu gom và đóng gói lưu trữ tro đáy, tuần hoàn nước / hơi nước, khu vực vệ sinh, nước mưa và nước làm mát. Tuy nhiên, nếu quá trình tuần hoàn được thực hiện tối đa thì có thể làm giảm đáng kể lượng nước thải. Chất phản ứng hóa học sử dụng trong hệ thống lò đốt có thể là NH4OH, NH3 để làm giảm Nox trong lò, trung hòa các tác nhân (cd Ca(OH)2) và vật liệu hấp thụ (vd: than hoạt tính). Tỉ lệ tiêu thụ điển hình trên tấn là 0,8kg NH4OH; 8kg Ca(OH)2; 0,5kg than hoạt tính. 3.1 Hệ thống làm sạch khí cho lò đốt chất thải Hỗn hợp khí rời khỏi lò đốt có 3 loại thành phần chính cần phải loại bỏ đến mức có thể trước khi thoát ra từ ống khói: - Tro bay được cấu tạo từ những hạt khí nén di chuyển theo dòng khí; - Các acid và tiền acid, như sulphur dioxide, nitrogen oxides, kydrochloric acid; - Dioxins và các hợp chất tương tự được hình thành từ sự tổ hợp các gốc có cấu trúc tương tự như polychloro dibenzodioxins và các chất như furan. Hỗn hợp khí nóng rời khỏi lò đốt trao đổi nhiệt ở bề mặt của ống trao đổi nhiệt thẳng đứng, bên trong nó tạo ra áp suất hơi nước cao hay trung bình và trước khi cấp vào hệ thống làm sạch khí, một phần khí này được chuyển qua một bộ khuếch đại để phun vào buồng dưới ghi lò di động trong buồng đốt. Việc cần thiết là tái chế khí này để thu hồi toàn bộ năng lượng và cũng rất quan trọng để thúc đẩy việc kiểm soát dễ dàng hơn trong cân bằng lượng oxy dư trong lò. Hỗn hợp khí thải còn lại phải được làm sạch bằng thiết bị hoạt động trong hệ thống làm sạch khí. 3.2 Mục tiêu chính Trong quá trình trao đổi nhiệt ở bề mặt của ống lò hơi, khí thải được làm mát và thêm vào một số chất tạo thành chất rắn làm tăng kích thước hạt. Dòng khí thải thô này của hệ thống lò hơi được làm sạch để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường địa phương nơi có lò đốt. Phạm vi nồng độ trong khí thải thô và các giới hạn phát thải bắt buộc phổ biến nhất được trình bày trong Bảng 3 cùng với các hiệu quả cần thiết theo tính toán trong việc làm sạch mỗi loại tác nhân ô nhiễm. Hiệu quả xử lý cao cần thiết được thể hiện trong Bảng 3, áp đặt nhiều hệ thống làm sạch khí, thường theo thứ tự: Bảng 3: Hiệu quả cần thiết cho hệ thống làm sạch khí thải Chất ô nhiễm Nồng độ trong dòng khí thô từ lò hơi (mg/Nm 3 ) Mức cao nhất có thể chấp nhận trong khí thải (mg/Nm 3 ) Hiệu quả xử lý cân thiết (%) Tro bay 1500 - 2000 10 99.9 HCl 300 - 2000 10 >99 SO 2 200 - 1000 5 99.5 NO x 200 - 500 70 86 HF 2 - 25 1 96 Hg 0.2 – 0.8 0.01 99 Cd và các Kim loại khác 2 - 15 0.05 >99.5 Dioxins (ng ITEQ/Nm 3 ) 0.5 - 5 0.1 98 3.3 Hoạt động của đơn vị làm sạch khí Một lượng lớn các đơn vị hoạt động dựa vào quá trình phân tách sơ cấp sử dụng để làm sạch khí thải phát sinh trong hệ thống lò đốt chất thải. Trong Bảng 4, với mỗi loại khí thải ô nhiễm, các đơn vị phối hợp hoạt động được chỉ ra phạm vi giảm thiểu tương ứng. Thứ tự phương pháp làm sạch khí được thiết kế tốt cho phép giảm mạnh chất ô nhiễm như quy định của BREF trong lò đốt chất thải Bảng 5 (chấp nhận ý kiến từ Bản 5.3 của BREF, 2006). Bảng 4: Quá trình làm sạch khí và phạm vi giảm thiểu điển hình các chất ô nhiễm bằng cách phối hợp nhiều đơn vị hoạt động. Chất ô nhiễm Các bước của quá trình Mức độ giảm (%) SO x Scrubber ướt hoặc cyclon khô 50 - 90 HCl Scrubber ướt hoặc bán khô 75 - 95 NO x Xúc tác có chọn lọc 10 - 60 Kim loại nặng Scrubber khô + tĩnh điện 70 -95 Tro bay Lọc tĩnh điện + Lọc bụi tay áo 85-99.9 Dioxins và Furans Than hoạt tính + Lọc bụi tay áo 50 – 99.9 Thông thường trên bề mặt tro bay được hấp phụ các chất ô nhiễm khác như dioxins và kim loại nặng. 3.4 Phân tách tro bay và than hoạt tính Tro bay phát sinh ở nhà máy điện nơi quá trình đốt nhiên liệu liên tục, được thu thập và sử dụng như vật liệu thô cho quá trình sản xuất xi măng Portland. Tro bay phát sinh ở lò đốt chất thải thường là chất gây ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác và phải được xử lý như một loại cặn độc hại, trở thành chất trơ trước khi thải bỏ ở bãi chôn lấp kiểm soát. Bảng 5: Mức phát thải có thể đạt được cho các cơ sở đốt chất thải (trích từ Bảng 5.2 của BREF (2006) “Mức phát thải hoạt động liên quan đến sử dụng BAT” tới ô nhiễm không khí đơn vị mg/Nm3). Thành phần Mẫu không luên tục Giá trị nửa giờ Giá trị ngày Ghi chú Bụi 1-20 1 - 5 Mức thấp hơn đạt được với các bộ lọc vải như lọc bụi tay áo HCl 1-50 1- 8 Ưu tiên sử dụng quá trình ướt SO 2 1-150 1- 40 Ưu tiên sử dụng quá trình ướt NO x với SCR 40-300 40 - 100 Yêu cầu thêm năng lượng hoặc NO x với SCR Ở khí thô, lượng NOx cao, NH3 TOC 1 - 20 1 - 10 Yêu cầu điều kiện đốt tối ưu CO 5 - 100 5 - 30 Điều kiện đốt tối ưu Hg < 0.05 0.001 -0.03 0.001 - 0.02 Kiểm soát đầu vào, quá trình hấp phụ các sản phẩm chứa Carbon PCDD/PCDF (ng ITEQ/Nm 3 ) 0.01 - 0.1 Điều kiện đốt tối ưu, kiểm soát nhiệt độ để giảm sự tổng hợp, quá trình hấp phụ các sản phẩm chứa Carbon Carbon hoạt tính dạng bột thường được sủ dụng để hấp phụ các chất ô nhiễm như dioxin và furan, sẽ được trình bày chi tiết sau, loại bột này được thu thập cùng với tro bay (hệ thống nhỏ) trong giai đoạn làm sạch cụ thể. Loại thiết bị chính sử dụng để loại bụi gồm tro bay và carbon hoạt tính là: cyclone, lọc tĩnh điện và lọc bụi tay áo, Bảng 6. Các bộ phận kết cấu cũng như phương thức hoạt động sẽ được trình bày bao quát (Niessen, 2002). Do đó, các thiết bị này được coi là thích hợp hơn trong phạm vi áp dụng cho phân tách tro bay. 3.4.1 Cyclone Cyclone khá hiệu quả để loại bụi với đường kính hơn 100 µm từ khí thải. Thiết kế của cyclone được xem xét ở một bài báo khá (Morcos, 1989: Lee và Huffman, 1996: Amutha Rain et al.,2008) và theo đó với kết cấu thép xây dựng hoặc thép không rỉ, nó có thể dử dụng được trong phạm vi nhiệt khá rộng. Trong làm sạch khí thải lò đốt, cyclone được sủ dụng phổ biến để phân tách sơ bộ ,các đơn vị tiếp theo được thiết kế để giữ lại các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn trong tro bay. 3.4.2 Lọc tính điện (ESP) Gần một thế kỷ trước, Dr. Frederick Cottrell đã giới thiệu khác niệm phân tách bụi nhờ ứng dụng lĩnh vực điện. Nói chung, hiệu quả của ESP phụ thuộc chính vào thiết kế của tấm điện và dụng cụ gõ mẫu và khu vực thu mẫu phải được thiết kế cẩn thận để đảm bảo lớp biên có độ dày phù hợp, để ngăn sự cuốn theo dòng khí hình thành từ các hạt bụi. Vận tốc dòng khí trong khu vực tĩnh điện luôn dưới là 1 m/s và thường dưới 0.5 m/s. Lọc tĩnh điện, cũng như các thiết bị quá trình khác trong nhà máy đốt phải được điều chỉnh đến các trạng thái ổn định với hệ thống kiểm soát sẵn sàng điều chỉnh sự mất cân bằng trong những điều kiện cao điểm. Điều quan trong là yêu cầu kiểm soát động học và kiểm soát tốt hiệu quả của quá trình (Bordado và Gome, 1999). Thiết bị Hiệu quả đặc trưng cho tro bay Hiệu quả đặc trưng cho AC Khoảng áp suất đặc trưng Nhiệt độ hoạt động tối đa Khoảng kích thước hạt Cyclone Trên 80% Trên 50% 10 – 1000 Pa 1300 o C ≥ 20µm ESP Trên 99% Trên 80% 50 – 300 Pa 450 o C 0.08 – 20 µm Lọc bụi tay áo Trên 99% Trên 99% Thường khoảng 500 – 2000 Pa với quạt cưỡng bức 240 o C 0.04 – 50 µm [...]... cháy, một phần của chất thải không cháy và loại bỏ khỏi lò đốt chất thải rắn như chất thải rắn, thường được gọi là tro đáy hoặc xỉ, phế liệu APC và lượng rất thấp của các hạt còn lại trong khí thải Các hợp chất ma trận của những hạt chủ yếu là oxit nhôm và silicon Liên quan đến ô nhiễm không khí từ MSWI, đầu vào nhiều nhất là hạt vô cơ tốt nhất còn lại sau khi quá trình đốt cháy của chất thải và đi cùng... cho các điều kiện đo Lượng phát thải các chất ô nhiễm như HCl, HF, SO2, NOx và các kim loại nặng phụ thuộc chủ yếu vào các đặc điểm chất thải và các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí Công nghệ lò xác định lượng CO, VOC và NOx Tổng bụi phát sinh được xác định trên các thiết bị APC.hình 8 cho thấy một sự cân bằng khối lượng đối với một số chất gây ô nhiễm mỗi 1 tấn MSW đốt 4.1 bụi Trong quá trình đốt. .. điều kiện cháy không phù hợp trong lò Một số điều chỉnh bởi các hệ thống kiểm soát có được thông qua, nhưng phổ biến hơn là: i ii iii Tăng nguyên liệu không khí đầu vào của lò Giảm thiểu tái chế khí thải cho lò Tăng nhẹ áp suất dưới ghi lò Cả i) và ii) sẽ làm tăng cân bằng hóa học của không khí trong lò, cho phép quá trình oxy hóa sản phẩm phân huỷ hoàn chỉnh hơn của các chất thải và các chất dễ bay hơi... rung , khí thải không bền (bao gồm cả mùi chủ yếu từ lưu trữ chất thải ) , rủi ro lưu trữ / xử lý / xử lý chất thải Trong số này, lượng khí thải vào không khí là thực sự quan trọng, vì quá trình đốt 1 tấn MSW sản xuất một khối lượng lớn khí thải Một số phép đo cho thấy thường phát ra 4500-6000 Nm 3/ton ( 11% O2) Tùy thuộc vào công nghệ , điều kiện hoạt động và các thành phần của chất thải đốt , chất. .. cùng với khói thải ra khỏi lò Một số các hạt được xử lý như tro nồi hơi và được loại bỏ trong phễu Một khía cạnh rất quan trọng liên quan đến ô nhiễm không khí là khí thải làm mát các hợp chất khí khác nhau (một số chất gây ô nhiễm ) ngưng tụ trên bề mặt hạt Khi nồng độ HCl trong lò hơi cao, giai đoạn ngưng tụ có thể gồm các kim loại clorua khác nhau như ZnCl2 , PbCl2 và CdCl2( Báo cáo của Ngân hàng... điểm của hệ thống làm sạch: i ii Ngay trước ống khói thải khí để tránh sự hình thành của "plume" gây ra bởi sự ngưng tụ trong làm mát bằng không khí lạnh Trước các bộ lọc dạng ống để tránh tắc nghẽn bởi sự hình thành bùn trong các thành bên trong của các bộ lọc Việc sử dụng các vật liệu chống ăn mòn và chất phủ đặc biệt, nơi ngưng tụ có xu hướng xảy ra, thực sự là một thực hành thiết kế tốt, không những... trong chuyển đổi không đồng nhất Nói chung, thêm O 2 vào trong dòng khí thải và hỗn hợp này là tiếp tục bị oxy hóa trên nền cố định của một chất xúc tác oxy hóa mạnh như phớt platium không đan lại Đối với lò đốt chất thải khá nhỏ, và khi các chất thải có một hàm lượng cao PVC dùng 1 lần (ví dụ như chất thải bệnh viện) bước oxi hóa này được bao gồm trong hệ thống làm sạch khí, thường là gần lò hơi vì quá... giá trị giới hạn rất hạn chế cho chất gây ô nhiễm khí thải chính Ví dụ, giá trị giới hạn khí thải cho phép của tổng nồng độ dioxin và furan tính bằng cách sử dụng khái niệm độc hại tương đương là 0,1ng ITEQ/Nm3 Bảng 9 cho thấy các giá trị giới hạn pháp lý không khí chỉ trong WID, cũng như các phạm vi bình thường mà có thể được quan sát trước khi xử lý thải khí (thô thải khí) Trước xử lý Bụi (mg/Nm3) CO(mg/Nm3)... thể dẫn đến sự hình thành chất này Thật vậy, một phần của nitơ không khí và một phần của nitơ có trong chất thải (hoặc nhiên liệu ) có thể oxy hóa NOx Các oxit nitơ sản xuất từ không khí được gọi là NOx nhiệt , còn những chất có nguồn gốc từ chất thải thì được gọi là NOx nhiên liệu Những phản ứng này có thể xảy ra đáng kể ở nhiệt độ trên 1300 o C và bất cứ khi nào oxy không phải là một tác chất hạn chế... CdCl2 Các thiết bị APC thường dẫn đến một nồng độ Cd trong tàn dư APC, và ít hơn 1% được thải vào khí quyển Các khoản báo cáo thường là 0,0002-,03 mg/Nm3 (11% O2) (BREF, 2006) Số lượng tali trong chất thải rắn ô thị hầu như không tồn tại và rất thường xuyên dưới mức giới hạn phát hiện 4.9 Các kim loại nặng khác Trong các giai đoạn chính của đốt, nhiệt độ đốt đạt được trong lò xác định mức độ bay hơi của . SỰ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÁC LÒ ĐỐT CHẤT THẢI RẮN Ô THỊ 1. Giới thiệu: Chất thải rắn ô thị (MSW) vẫn là một vấn đề nghiêm trọng trong. cho các điều kiện đo. Lượng phát thải các chất ô nhiễm như HCl, HF, SO2, NOx và các kim loại nặng phụ thuộc chủ yếu vào các đặc điểm chất thải và các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí. Công. lớn không dễ đạt được trong quá trình sản xuất điện. Việc sử dụng nước nóng được đưa ra tại những địa điểm có khả thi thực hiện. 3. Lò đốt chất thải rắn ô thị và công nghệ kiểm soát ô nhiễm không