kỹ thuật xử lý phát thải nghiên cứu công nghệ xử lý rác thải

Rác thải: Chỉ các loại chất thải rắn sinh hoạt như: đồ ăn thừa, bao bì, ống hút nhựa, chai lọ đựng nước, quần áo cũ,… Chất thải: Bao gồm tất cả các loại rác thải sinh hoạt và chất thải ở

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC THẢI

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI 5

1.1 Chất thải là gì 5

1.2 Phân loại các loại chất thải 5

1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc 5

1.2.2 Phân loại theo tính chất 7

1.2.3 Phân loại theo hình thức tồn tại 7

1.3 Ảnh hưởng của chất thải tới môi trường và con người 8

1.2 Thực trạng rác thải ở Việt Nam hiện nay 9

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI 10

2.1 Đốt rác thải 10

2.2 Chôn rác thải 12

2.3 Tái chế rác thải 13

2.4 Phương pháp ủ sinh học 14

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ PHÁT THẢI TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT RÁC 15

3.1 Các loại phát thải trong quá trình đốt rác 15

3.1.1 Khí thải của quá trình đốt rác 15

3.1.2 Nước thải của quá trình đốt rác 16

3.1.3 Tro xỉ của quá trình đốt rác 16

3.2 Xử lý khí thải 16

3.2.1 Xử lý khí thải sử dụng các thiết bị cơ học 17

3.2.2 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ 20

3.2.3 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ 21

3.2.4 Xử lý khí thải kết hợp cả hấp thụ và hấp phụ 23

3.2.5 Xử lý khí thải bằng công nghệ sinh học Biofilter 23

3.3 Xử lý tro xỉ 24

3.3.1 Sử dụng tro xỉ như một loại phụ gia cho bê tông 24

3.3.2 Sử dụng tro bay trong quá trình cải tạo đất nông nghiệp 24

3.4 Xử lý nước thải 25

CHƯƠNG 4 TẬN DỤNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT RÁC 27

4.1 Điện rác 27

4.1.1 Một số công nghệ đốt chất thải phát thải 30

4.2 Công nghệ Biogas 34

4.2.1 Khái niệm 34

4.2.2 Quy trình xử lí chất thải bằng công nghệ biogas 35

4.2.3 Cấu tạo hầm biogas 36

4.2.4 Các giai đoạn tạo khí Biogas trong hầm biogas 37

4.2.5 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện Biogas 38

CHƯƠNG 5 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ XỬ LÝ HỆ THỐNG KHÍ THẢI CHO NHÀ MÁY ĐỐT RÁC VÀ TRÌNH BÀY VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI 1 BAR TRONG HỆ THỐNG LÒ ĐỐT RÁC 40

5.1 Thuyết minh sơ đồ hệ thống xử lý khí thải 40

5.1.1 Lò hơi 1 bar 41

5.1.2 Chùm cyclon 41

5.1.3 Tháp phản ứng 43

5.1.4 Thiết bị lọc bụi túi vải 44

5.1.5 Tháp hấp thụ 50

5.1.6 Quạt hút 52

5.1.7 Ống khói 58

5.2 Trình bày ví dụ tính toán lò hơi 1 bar 59

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

MỞ ĐẦU

Rác thải là vấn đề nhức nhối đối với toàn xã hội, nhất là trong quá trình đô thị hoá, công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng như hiện nay Ở các đô thị lớn của Việt Nam, rác thải đã và đang gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Xử lý rác luôn là vấn đề làm đau đầu các nhà quản lý môi trường đô thị Không riêng gì đối với các đô thị đông dân cư, việc chọn công nghệ xử lý rác như thế nào để đạt hiệu quả cao, không gây nên những hậu quả xấu về môi trường trong tương lai và ít tốn kém chi phí luôn là nỗi bức bối của các ngành chức năng Đối với các khu, cụm dân cư đông đúc hoặc các khu công nghiệp, việc lựa chọn

mô hình xử lý rác cho phù hợp và ít tốn kém là vấn đề rất cấp bách và cần thiết để bảo vệ môi trường

Với những vấn đề trên, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ xử lý rác thải để tìm hiểu và nghiên cứu cho môn học Kỹ thuật xử lý phát thải để mở rộng khả

năng hiểu biết về các kỹ thuật xử lý rác hiện có hiện nay đồng thời đề cao vấn đề quan trọng của việc xử lý rác thải đang bức bối hiện nay cũng như việc nâng cao ý thức bảo vệ môi

trường

Chúng em xin cảm ơn thầy Tạ Văn Chương đã hướng dẫn chúng em làm bài tập này

và truyền đạt những kiến thức bổ ích của môn học cho chúng em!

Trong quá trình làm bài tập lớn do kiến thức chuyên ngành còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Nhóm em rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy và các bạn để bài làm của nhóm em thêm hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI

1.1 Chất thải là gì

Chất thải là các vật liệu, sản phẩm hoặc chất còn lại không có giá trị và không còn được sử dụng nữ Chất thải được sản xuất từ các hoạt động của con người trong sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y tế,… Chúng có thể tồn tại ở nhiều hình thức khác nhau, bao gồm chất thải rắn, chất thải lỏng và khí thải

Chất thải với rác thải là hai khái niệm khác biệt nhưng thường bị nhiều người đánh đồng với nhau Trên thực tế, rác thải thường chỉ là một bộ phận nhỏ của chất thải

Rác thải: Chỉ các loại chất thải rắn sinh hoạt như: đồ ăn thừa, bao bì, ống hút nhựa, chai lọ

đựng nước, quần áo cũ,…

Chất thải: Bao gồm tất cả các loại rác thải sinh hoạt và chất thải ở nhiều hoạt động khác

của con người như chất thải y tế, chất thải công nghiệp,…

1.2 Phân loại các loại chất thải

1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc

- Chất thải sinh hoạt

Chất thải sinh hoạt là những vật chất được thải bỏ từ trong các hoạt động sinh hoạt hàng ngày của con người tại gia đình, văn phòng công ty,…

Các loại chất thải sinh hoạt thường gặp đó là: túi nilon, vỏ chai, vỏ lon, quần áo cũ, giấy tờ, sách vở, bìa cartoon, thức ăn thừa, rau củ hỏng,…

- Chất thải công nghiệp

Chất thải công nghiệp là vật chất tạo ra trong quá trình sản xuất công nghiệp trong nhà máy, nhà xưởng

Các loại chất thải công nghiệp hay gặp như: thuốc nhuộm, dầu thải, tro, bụi, vặn, kim loại, vải, gỗ,…

- Chất thải nông nghiệp

Chất thải nông nghiệp là chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp Các loại chất thải nông nghiệp phổ biến đó là: phân bón, thuốc trừ sâu, cây giống hư hỏng,…

- Chất thải y tế

Chất thải y tế là các loại vật chất được thải ra từ các hoạt động y tế và chăm sóc sức khỏe ở các bệnh viện, phòng khám, trung tâm y tế, nhà dưỡng lão,…

Chất thải y tế hay gặp gồm có: bông băng, xi lanh, kim tiêm, gạc, găng tay y tế, thiết

bị y tế cũ hỏng,…

1.2.2 Phân loại theo tính chất

- Chất thải không nguy hại

Là chỉ các loại chất thải không có khả năng gây hại cho con người và môi trường Chúng có thể được xử lý một cách an toàn thông qua các phương pháp như tái sử dụng, tái chế hoặc xử lý thông qua phương pháp sinh học

Một số loại chất thải không nguy hại thường thấy như: lá cây rụng, vỏ cây, thức ăn thừa,…

- Chất thải nguy hại

Là chỉ các loại chất thải có khả năng gây hại cho con người và môi trường Chất thải nguy hại thường không thể tự phân hủy và bắt buộc phải xử lý theo các quy trình đặc biệt

Chất thải nguy hại hay được nhắc đến như các hóa chất độc hại, chất ăn mòn, chất

- Chất thải lỏng

Chất thải lỏng là các loại chất thải tồn tại ở thể lỏng

Chất thải lỏng thường bao gồm có các loại nước thải sinh hoạt, nước thải nhà máy, dầu thải, hóa chất, chất thải y tế lỏng,…

- Chất thải khí

Chất thải khí là nhóm các chất thải tồn tại ở thể khí thường được sinh ra trong các quá trình đốt cháy nguyên liệu, gia nhiệt trong sản xuất,…

Chất thải khí hay gặp như khói thải nhà máy, khí thải phương tiện giao thông,…

1.3 Ảnh hưởng của chất thải tới môi trường và con người

• Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm không khí là nguyên nhân chính gây ra các bệnh về đường hệ hô hấp Ngoài

ra, bụi mịn là yếu tố gây ô nhiễm nguy hiểm nhất vì nó tồn tại khá lâu trong không khí và phát tán rất xa Do kích thước khá nhỏ, nếu xâm nhập sâu vào phổi, máu sẽ gây nên các bệnh hô hấp, vô sinh

Ô nhiễm không khí có thể làm tăng nguy cơ mắc các rối loạn nhịp tim, thậm chí dẫn đến đau tim ở người cao tuổi, phụ nữ mang thai, người đang mang bệnh, trẻ em dưới 15 tuổi

Bên cạnh đó, sóng nhiệt hay tiếng ồn cũng gây những thương tích đối với tai mà còn gây đau đầu, stress, dễ bị căng thẳng thần kinh

Bên cạnh đó, biển đổi khí hậu khiến cho nhiệt độ tăng giảm bất thường có chiều hướng gia tăng Điều này khiến gây ra các bệnh như đột quỵ nhiệt thậm chí là tử vong

Khi con người ăn uống phải nước ô nhiễm hoặc thực vật, động vật được nuôi trồng trong môi trường ô nhiễm hoặc tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước bị ô nhiễm thì rất dễ mắc các bệnh như tiêu chảy, dịch tả, thương hàn, viêm gan, viêm não, bệnh do muỗi truyền, thiếu máu

• Ảnh hưởng nghiêm trọng đối với hệ sinh thái

Mối đe dọa chính và tác động trực tiếp đối với hệ sinh thái chính là ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí là nguyên nhân gây ra mưa axit, mưa đá, biến đổi khí hậu, trái đất nóng lên, hiệu ứng nhà kính gây mất cân bằng và suy thoái các cấu trúc loài

• Tác hại đối với động thực vật

Các hợp chất nguy hiểm như: SO2, NO2, CO… có trong không khí ô nhiễm làm tắc nghẽn khí quản và giảm hệ miễn dịch của động vật

Ngoài ra, hợp chất HF còn làm các cây ăn trái rụng lá hàng loạt, lâu dần gây nên tình trạng chết cây, gián tiếp làm trái đất nóng lên cùng hiệu ứng nhà kính

Khói bụi từ khu công nghiệp còn gây nên hiện tượng mưa Axit, những cơn mưa Axit làm chết cây cối, ô nhiễm nguồn nước, giết chết các vi sinh vật có lợi trong đất Làm cho việc nuôi trồng bị ảnh hưởng, giảm sản lượng, mất mùa…

• Tác hại đối với con người

Hậu quả của ô nhiễm môi trường không khí đối với con người là rất nghiêm trọng,

ô nhiễm môi trường không khí chính là tác nhân chính khiến cho tỷ lệ người mắc bệnh về

hô hấp, ung thư… ngày càng tăng

Theo WHO, ô nhiễm môi trường không khí gây ra 7 triệu ca tử vong mỗi năm, trong

đó Châu Á - Thái Bình Dương chiếm khoảng 4 triệu ca Chúng không những cướp đi sinh mạng của hàng triệu người mà còn gây thiệt hại kinh tế gần 5 nghìn tỷ USD mỗi năm

Chúng còn khiến tuổi thọ trung bình của mỗi người giảm đi 2 năm, và là nguyên nhân gây tử vong cao thứ 4 trên thế giới sau: Tăng huyết áp, sử dụng thuốc lá và chế độ ăn uống không lành mạnh

Theo đó ô nhiễm bụi mịn PM 2.5 chính là thủ phạm gây ra nhiều ca tử vong nhất.Vì chúng có kích thước rất nhỏ, nên dễ đi vào các nang trong phổi gây nên các bệnh về hô hấp

Bụi mịn (PM 2.5) kết hợp với CO, SO2, NO2 có trong không khí gây kích ứng niêm mạc, cản trở Hemoglobin kết hợp oxy khiến tế bào thiếu Oxy Dẫn đến suy giảm chức năng phổi và làm nặng thêm tình trạng bệnh hen và bệnh tim

Cũng theo WHO, ô nhiễm môi trường không khí là một trong nhiều thủ phạm gây nên các bệnh tim mạch, đột quỵ não lên tới 25%

1.2 Thực trạng rác thải ở Việt Nam hiện nay

Theo số liệu thống kê mới nhất, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh ở nước

ta hiện nay khoảng 24,5 triệu tấn và chất thải rắn công nghiệp là 8,1 triệu tấn Trong đó, rác thải nhựa, nilon hiện đang là một vấn đề khiến Chính phủ phải đau đầu Ước tính, mỗi ngày nước ta xả ra khoảng 2.500 tấn rác thải nhựa và có từ 0,28 đến 0,73 triệu tấn được xả ra đại dương Đại diện Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc cho biết, lượng rác thải nhựa trên biển của nước ta nhiều thứ 4 thế giới, chỉ sau Trung Quốc, Indonesia và Philippines

Việt Nam có tổng cộng 112 cửa biển và 80% rác thải trên biển đều trôi ra từ đây Trong đó, phần lớn đều là rác thải sinh hoạt

Trong khi đó, tỷ lệ thu gom rác thải sinh hoạt tại đô thị hiện nay đạt khoảng 70% đến 85% và ở nông thôn chỉ khoảng 40% đến 55% Đối với hoạt động công nghiệp, tỷ lệ thu gom rác thải rắn đạt chỉ 31% Phương pháp xử lý rác thải phổ biến nhất ở nước ta vẫn

là chôn lấp và đốt thủ công Cả nước hiện có hơn 660 bãi chôn lấp nhưng chỉ khoảng 120 bãi là hợp vệ sinh Theo phạm vi, nơi có tỷ lệ phát sinh rác thải nhiều nhất là khu vực Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Hồng Điều này đã và đang là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng

Có rất nhiều nguyên nhân khiến việc xử lý rác thải ở nước ta vẫn còn hạn chế, chẳng hạn như: Rác chưa được phân loại tại nguồn; Thiếu công nghệ; Thiếu nguồn lực;….Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất vẫn là thiếu quy định và giải pháp đồng bộ Hiện nay, Việt Nam đang đặt ra mục tiêu xử lý rác thải đô thị đạt 90% vào năm 2025 và 100% vào năm 2050

Để đạt được mục tiêu này, đòi hỏi mỗi người dân phải chủ động trong vấn đề phân loại và vứt rác đúng nơi quy định, Nhà nước phải hoàn thiện hệ thống pháp luật và đầu tư nghiên cứu nhiều hơn nữa về quy trình xử lý rác thải

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI

2.1 Đốt rác thải

Đốt rác thải là quá trình đốt cháy các chất thải để giảm thiểu khối lượng và giảm độc hại của chúng Quá trình này thường được thực hiện trong các nhà máy xử lý rác thải và tạo ra nhiệt để sản xuất năng lượng hoặc điện Tuy nhiên, đốt rác thải cũng có thể gây ra các tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người nếu không được thực hiện đúng cách

a Nguyên lý hoạt động

− Rác thải được đưa vào bể chứa rác để tách nước rỉ rác, phần nước này có nồng độ ô nhiễm rất cao cần được đưa về trạm xử lý nước thải để xử lý

− Rác thải được đưa vào buồng đốt ở nhiệt độ cao (>850 oC)

− Hơi nóng từ quá trình đốt rác thải được sử dụng vào nhiều mục đích, tuỳ vào điều kiện kinh tế, cơ sở vật chất (làm nóng nồi hơi, chạy mát phát điện )

− Mùi hôi, khí thải và tro bụi phát sinh từ quá trình đốt sẽ được xử lý thông qua thiết

bị lọc bụi (dạng cyclone ) để thu lại toàn bộ phần bụi, tro bay

− Mùi hôi và các chất độc hại được xử lý qua tháp khử mùi, tháp hấp thụ, tháp hấp phụ để đảm bảo khi thoát ra không còn độc hại môi trường

− Phần tro và bụi được thu lại, đem đi chôn lấp theo đúng quy định

b Ưu điểm

− Xử lý triệt để các chất thải với công nghệ tiên tiến, hoàn thiện

− Giảm được rất nhiều diện tích so với các phương pháp khác

− Phù hợp với nhiều yêu cầu, với các công suất khác nhau

c Nhược điểm

− Lò đốt rác thải sử dụng nhiên liệu để hoạt động, do đó tiêu thụ năng lượng khá cao

− Vấn đề về khí thải: Một số lò đốt rác thải không được trang bị các hệ thống xử lý khí thải hiệu quả, dẫn đến khí thải phát tán một cách không kiểm soát, gây ảnh hưởng

− Phát thải khí thải độc hại: Trong quá trình đốt rác thải, lò sẽ phát thải ra các khí độc như CO2, NOx, SOx, dioxin, furan… gây ô nhiễm môi trường và đe dọa sức khỏe con người

d Ứng dụng

− Công nghệ được áp dụng rộng rãi

− Xử lý rác thải sinh hoạt của phường, xã

− Xử lý rác thải khu công nghiệp

− Xử lý rác thải khu đô thị

b Ưu điểm

− Tiết kiệm diện tích đất: Chôn lấp rác thải giúp tiết kiệm diện tích đất so với các phương pháp xử lý rác thải khác như đốt cháy hay tái chế

− Giảm ô nhiễm môi trường: Khi chôn lấp rác thải, các chất ô nhiễm được giữ lại và

xử lý bằng cách thải ra không khí và nước thải được xử lý Tuy nhiên, cần lưu ý rằng quá trình chôn lấp có thể gây ra mùi hôi và khí độc, do đó cần phải đảm bảo quá trình chôn lấp được thực hiện đúng cách và an toàn

− Giảm chi phí: Chôn lấp rác thải là một phương pháp xử lý rác thải rẻ tiền hơn so với các phương pháp khác như đốt cháy hay tái chế

− Dễ dàng thực hiện: Phương pháp chôn lấp rác thải khá đơn giản và dễ dàng thực hiện, không yêu cầu nhiều kỹ thuật và trang thiết bị phức tạp

− Đáp ứng nhu cầu xử lý rác thải: Phương pháp chôn lấp rác thải đáp ứng được nhu cầu xử lý rác thải của các đô thị và các khu công nghiệp

− Không bền vững: Chôn lấp rác thải không phải là một giải pháp bền vững vì nó chỉ đẩy việc giải quyết rác thải sang tương lai và còn gây ra các vấn đề môi trường và sức khỏe cho thế hệ sau

− Sự cần thiết: Với sự gia tăng của các loại rác thải nguy hại và độc hại, chôn lấp rác thải không còn là một giải pháp đáng tin cậy Thay vào đó, cần phải tìm ra các giải pháp khác như tái chế và tái sử dụng để giảm thiểu số lượng rác thải và bảo vệ môi trường

1 Tách rác thải: Rác thải được tách ra và phân loại theo từng loại, ví dụ như kim loại, nhựa, giấy, thủy tinh, gỗ, vv

2 Xử lý rác thải: Rác thải được xử lý để loại bỏ bất kỳ chất độc hại nào, và tiến hành

xử lý theo cách phù hợp với từng loại rác thải

3 Tái chế: Rác thải được chuyển đổi thành sản phẩm mới bằng cách tái sử dụng hoặc tái chế Ví dụ như tái chế nhựa để tạo ra bao bì hoặc sản phẩm khác

4 Tiêu thụ sản phẩm mới: Sản phẩm mới được tiêu thụ và sử dụng lại, giúp giảm thiểu lượng rác thải phát sinh

Tái chế rác thải giúp giảm thiểu lượng rác thải phát sinh và giảm tác động đến môi trường Nó cũng giúp tạo ra các sản phẩm mới và giữ lại các tài nguyên quý giá

b , Ưu điểm của tái chế rác thải

1 Giảm thiểu lượng rác thải được đưa vào các bãi rác

2 Tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là tài nguyên không tái tạo được

3 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm thiểu sự tiêu hao năng lượng và phát thải khí thải độc hại

4 Tạo ra các sản phẩm mới từ các vật liệu tái chế, giúp giảm chi phí sản xuất và tiết kiệm nguồn lực

5 Tạo ra cơ hội việc làm cho các công nhân và nhân viên trong ngành tái chế

c, Nhược điểm của tái chế rác thải

1 Chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng các nhà máy tái chế là rất lớn

2 Quy trình tái chế phức tạp, đòi hỏi công nghệ và kỹ thuật cao

3 Không phải tất cả các loại rác đều có thể tái chế được

4 Các sản phẩm tái chế có thể không có chất lượng tốt bằng sản phẩm mới

5 Những người tiêu dùng không có ý thức về tái chế rác thải

d, Ứng dụng của tái chế rác thải

1 Sử dụng các sản phẩm tái chế để giảm thiểu sự tiêu hao tài nguyên và ô nhiễm môi trường

2 Tăng cường quản lý rác thải, giảm thiểu lượng rác đưa vào các bãi rác

3 Tạo ra nguồn tài nguyên mới cho sản xuất và giảm chi phí sản xuất

4 Giảm thiểu sự tiêu thụ năng lượng và phát thải khí thải độc hại

5 Tạo ra cơ hội việc làm cho các công nhân và nhân viên trong ngành tái chế

2.4 Phương pháp ủ sinh học

Phương pháp ủ sinh học rác thải là quá trình biodegradation (phân hủy sinh học) các chất hữu cơ trong rác thải bằng cách sử dụng vi sinh vật để tạo ra sản phẩm phân hữu cơ và khí methane

a, Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động: Vi sinh vật (như vi khuẩn và nấm) được thêm vào rác thải và được tạo điều kiện phát triển trong môi trường ẩm ướt và nhiều oxy Chúng tiêu hủy các chất hữu cơ trong rác thải, tạo ra sản phẩm phân hữu cơ và khí methane

b, Ưu điểm

• Giảm thiểu lượng rác thải và giúp tái chế các chất hữu cơ

• Sản phẩm phân hữu cơ có giá trị cho nông nghiệp

• Giảm thiểu sự tích tụ khí methane trong các vùng đất rác thải

c, Nhược điểm

• Cần một môi trường ẩm ướt và nhiều oxy để vi sinh vật phát triển, nếu không sẽ dẫn đến mùi hôi và tiếng ồn

• Cần thời gian để đạt được hiệu quả tối đa

• Không phù hợp cho các loại rác thải có nồng độ kim loại nặng và hóa chất độc hại cao

3.1 Các loại phát thải trong quá trình đốt rác

3.1.1 Khí thải của quá trình đốt rác

Phương pháp thiêu đốt đã làm giảm khối lượng chất rắn của chất thải ban đầu từ 85% và thể tích khoảng 95-96%, nước rỉ rác thải gần như không có nhưng sinh ra một lượng lớn khí thải như bụi, SO2, NOx, CO, các chất hữu cơ dễ bay hơi(VOCs), khí Dioxin/Furan, khí do đốt không hoàn toàn hợp chất hữu cơ, …… Các khí thải này thường gây nhiều bệnh

80-lý liên quan đến đường hô hấp, có thể dẫn đến ung thư phổi

• Dioxin và Furan là những hợp chất có tính độc cao phát thải từ các lò đốt rác thải y

tế Dioxin và Furan là tên chung chỉ các hợp chất hóa học có công thức tổng quát là Polyclorua dibenzoxin (PCCD) (C6H2)2Cl4O2 và Polyclorua dibezofuran (PCDF) (C6H2)2Cl4O2 Đó là 3 dãy vòng thơm, trong đó 2 vòng được kết nối với nhau bằng một cặp nguyên tử oxy hay một nguyên tử oxy Dioxin và furan phát tán theo đường: khói thải, bụi và tro xỉ

• SOx xuất phát từ quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao của lưu huỳnh - chứa trong chất thải rắn đô thị qua phàn ứng CS2 + O2 –> CO2 + SO2 + Q

• NOx có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa của các hợp chất nitơ và O2 trong các thành phần rác thải sinh hoạt Khí này được hình thành do 2 nguyên nhân: phản ứng của oxy và nitơ trong không khí cấp vào buồng đốt; phản ứng của oxy và nitơ có trong nguyên liệu

• COx từ việc đốt nhiên liệu hữu cơ trong chất thải hộ gia đình hoặc từ quá trình đốt cháy không đầy đủ

3.1.2 Nước thải của quá trình đốt rác

Gồm 2 nguồn:

Do rác thải có chứa sẵn độ ẩm, nước thải rỉ rác là nước loại nước thải được sinh ra trong quá trình tiếp nhận và lưu trữ rác thải trong hố thu trước khi được rác được đốt tiêu hủy Do được sinh ra từ rác thải nên loại nước thải này chứa nhiều thành phần phức tạp, rất độc hạị, các chất ô nhiễm chủ yếu như nitơ, amoniac, sunfua, kim loại nặng, các vi trùng,

vi khuẩn gây bệnh, BOD,…

Do nước sau khi làm nhiệm vụ lọc bụi, lọc mùi của khói thải sau quá trình đốt rác (với phương pháp lọc bụi ẩm) có lẫn các tạp chất của tro xỉ,… cần được xử lý trước khi tái tuần hoàn

3.1.3 Tro xỉ của quá trình đốt rác

Sau quá trình xử lý bằng nhiệt độ cao, các chất không cháy được sẽ đọng lại tạo thành tro xỉ Tro xỉ phần lớn được hình thành bởi các thành phần vô cơ của chất thải, và có thể dưới dạng khối rắn hoặc hạt mang theo khí lò Quá trình đốt rác phát sinh lượng chất thải rắn là tro xỉ với tỷ lệ dao động khoảng 15 - 25% Theo tính toán, các nhà máy xử lý rác thải có tạo ra điện năng sẽ sản sinh ra bình quân 25 tấn tro xỉ/MW

3.2 Xử lý khí thải

Việc đốt chất thải dẫn đến hình thành hỗn hợp khí Khí chứa các chất như CO2, SO2, bụi, cũng như NOx, khói kim loại nặng và hydrocarbon không cháy Vì vậy, khí thải từ lò hơi thường được làm sạch bằng các hệ thống kiểm soát ô nhiễm tiên tiến để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt

• Bước 1: Hạ nhiệt độ của khói lò

Mục đích của quá trình này là hạ nhiệt độ của khói để các quá trình tiếp theo được thuận lợi, ngoài ra còn có thể tận dụng lượng nhiệt này để đun nóng nước hay nung nóng không khí trước khi cấp cho lò đốt Quá trình trao đổi nhiệt dựa trên nguyên lý chung về truyền nhiệt, có thể xảy ra theo kiểu trực tiếp hay gián tiếp Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng thiết bị ống chùm Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng các tháp rửa (khi đó quá trình hạ nhiệt độ diễn ra đồng thời với qúa trình xử lý khí ô nhiễm)

• Bước 2: Tách bụi

Bụi trong khói cần phải được tách ra để quá trình hấp thu tiếp theo có thể thực hiện được tốt

3.2.1 Xử lý khí thải sử dụng các thiết bị cơ học

- Thiết bị xử lý bụi Cyclon

Là thiết bị được sử dụng để xử lý sơ bộ nhằm loại bỏ phần lớn bụi có kích thước lớn trong hệ thống xử lý khí thải

Dòng khí thải được đưa vào thiết bị tách bụi Cyclon theo phương tiếp tuyến do đó dòng khí sẽ xoáy đều trong thân của Cyclon theo hướng xuống đáy (có bố trí ống thoát khí) Các hạt bụi có kích thước lớn sẽ lắng đọng và rơi xuống đáy của Cyclon, khí sạch thoát ra ngoài

Do có hình dáng đa dạng (dạng que, cầu, sợi, dạng hình chữ v ) của các hạt bụi công nghiệp; do đó xét với khối lượng như nhau các hạt bụi hình cầu sẽ lắng nhanh hơn các hình dạng khác, do sức cản của không khí sẽ nhỏ hơn

Dưới đáy của Cyclon bố trí các cửa xả bụi, việc xả bụi phải diễn ra định kỳ, tần xuất phụ thuộc vào hàm lượng bụi trong khí thải

Phía sau Cyclon là hệ thống xử lý khí thải chính

- Lọc bụi túi vải

Nguyên lý hoạt động: cho dòng khí thải đi qua các túi vải lọc, các hạt bụi có kích thước lớn sẽ được giữ lại trước tiên tại các khe giữa các sợi vải lọc, dần dần tĩnh tụ lại làm thu nhỏ lỗ của lớp vải lọc, dẫn đến tăng hiệu suất thu bụi của túi lọc bụi

Túi lọc bụi thường có hình tròn đường kính D=125~250 mm hay lớn hơn và có chiều dài 1,5 có khi đến 2m hoặc được may thành hình hộp chữ nhật có chiều rộng 20 - 60mm chiều dài 0,6 - 2m Một thiết bị lọc bụi túi vải có thể có hàng chục tới hàng trăm túi lọc bụi

Hiệu quả của phương pháp lọc bụi túi vải có thể đạt tới 99 - 99,8% và tách được cả các hạt có kích thước rất nhỏ Đến một thời điểm nhất định (tùy thuộc vào nồng độ bụi trong khí thải), bụi bám tại mặt trong của các túi lọc bụi sẽ đủ dày dẫn đến lượng khí thoát

ra khỏi túi lọc bụi rất nhỏ, khi đó ta tiến hành vệ sinh các túi lọc bụi

Công việc này thường xuyên phải được diễn ra để đảm bảo hiệu quả của túi lọc bụi

và không bị bí khí trong toàn bộ hệ thống thu khí

- Phương pháp Lọc bụi tĩnh điện

Nguyên lý của lọc bụi tĩnh điện

Khi dòng khí thải đi qua điện trường 1 chiều đủ mạnh, các chất khí bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi gây ra hiện tượng nhiễm điện trên bề mặt hạt bụi cùng với tác dụng của lực điện trường, cực dương sẽ hút các hạt tích điện âm và ngược lại Sự va đập giữa điện cực và các hạt bụi, làm cho các hạt bụi trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy thu bụi Thường duy trì điện trường từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị Trong điện trường, sẽ mất tối đa 1 giây để hạt bụi đường kính 0,1mm tích điện Vì thế tùy theo từng thiết bị mà thời gian dòng khí đi qua là từ 2 – 8 giây

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện là một trong các loại thiết bị lọc bụi có hiệu suất rất cao có khi đạt tới 99,8 % mặc dù nồng độ khí thải vào đạt 7 g/cm3 Là cấp lọc tinh cuối cùng sau khi dòng khí thải đã đi qua thiết bị lắng và Cyclon Thiết bị lọc bụi tĩnh điện có khả năng lọc tách bụi mà vẫn giữ nguyên được nhiệt độ của dòng khí thải, dẫn đến có thể được sử dụng trong các hệ thống tận thu nhiệt thừa Với mức tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì trở lực thấp trong thiết bị thấp (10 – 20 kg/m2) Tuy vậy, cần kiểm soát chặt chẽ các khí thải như CO, bụi than… để không bị kích nổ khi dòng khí bị ion hóa sinh ra tia lửa điện

3.2.2 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ

a Khái niệm

Hấp phụ là hiện tượng các phân tử chất khí, lỏng, các ion được giữ lại trên bề mặt phân cách pha Bề mặt phân cách pha có thể là lớp phim khí – lỏng, lỏng – lỏng, khí – rắn

và lỏng – rắn Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân

ly khí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn

b Các phương pháp hấp phụ

Có hai phương thức hấp phụ chính:

• Hấp phụ vật lý: Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chấp hấp phụ nhờ lực liên kết

giữa các phần tử Quá trình này có tỏa nhiệt, độ nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử

• Hấp phụ hóa học: Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực

liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lý Do vậy lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn, và cần năng lượng nhiều hơn

Hấp phụ được sử dụng nhiều trong ngành hóa học và môi trường nhằm hấp phụ các tạp chất hay thu những chất gây bất lợi cho quá trình mà chúng ta muốn loại bỏ

c Các loại chất hấp phụ

• Than hoạt tính:

Than hoạt tính là một chất hấp phụ thông dụng nhất trong các hệ thống xử lý khí thải Tháp than hoạt tính thường được thiết kế bằng thép CT3 hoặc bằng nhựa, có các cửa thăm thao tác đủ rộng để thay thế và lắp đặt lớp than hoạt tính trong tháp

Than hoạt tính sử dụng trong tháp thường là than hoạt tính có kích thước trung bình (5-20mm) nhằm tránh trường hợp bị tắc lớp than

Than được đổ trong các túi lưới chứa than trước khi cho vào trong tháp nhằm thuận lợi cho việc thay thế than sau này

Ứng dụng tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ

Nhờ nguyên lý này, phương pháp hấp thụ cũng được sử dụng rộng rãi để hút khí ẩm trong không khí, hút mùi khí thải… Chúng giúp thu hồi lượng khí sạch bị lẫn trong khí thải

b Các phương thức xử lý khí thải hấp thụ

• Hấp thụ vật lý là quá trình hấp thụ không xảy ra tương tác hóa học, do không xảy ra tương tác hóa học nên hấp thụ vật lý là quá trình thuận nghịch Tức là tồn tại quá trình nhả hấp thụ trong điều kiện đặc biệt

• Hấp thụ hóa học là quá trình hấp thụ có xảy ra phản ứng hóa học tức là các cấu tử chất khí tác dụng hóa học với các chất trong dung dịch hấp thụ Do đó hấp thụ hóa học thường bền và không thuận ngịch thường được áp dụng trong quá trình xử lý khí thải

c Cơ chế của quá trình hấp thụ

Bước 1 Xảy ra quá trình khuếch tán các phân tử khí ô nhiễm đến bề mặt dung dịch hấp thụ Bước 2 Tiếp đến, các phân tử khí thâm nhập và hòa tan vào bề mặt dung dịch hấp thụ

Bước 3 Các phân tử khí thâm nhập vào sâu trong lòng chất hấp thụ

Trong quá trình hấp thụ, các phần tử khí ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn Các chất khí độc bị giữ lại được gọi là chất bị hấp thụ Ngoài xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, hiện nay có nhiều phương pháp xử lý khác nhau Tùy thuộc vào loại khí thải đặc trưng trong từng khu công nghiệp Người ta lựa chọn các phương pháp xử lý khí thải phù hợp Sao cho việc xử lý khí thải đem đến hiệu quả tốt nhất

Lưu ý đối với hệ thống xử lý khí thải loại hấp thụ:

a Đối với các khí thải nóng (có nhiệt độ cao):

Do các khí này có nhiệt độ cao là điều kiện để tăng cường các phản ứng hóa học ăn mòn giữa các axit tạo ra khi các chất ô nhiễm: NOx, SOx, COx tác dụng với nước do đó tháp hấp thụ cần phải được bảo vệ bằng các vật liệu tránh ăn mòn và chịu được nhiệt độ cao như các loại Gạch chịu nhiệt, các loại đệm hấp thụ phải được làm bằng các vật liệu chịu nhiệt, khuyến cáo nên sử dụng đệm sứ với bề mặt riêng lớn hơn

Để giảm bót nhiệt độ của dòng khí thải khi thải ra môi trường, hệ thống dung dịch hấp thụ sau khi đi qua tháp xử lý phải được đưa qua hệ thống tháp giải nhiệt để giảm bớt nhiệt độ

Các chất hấp thụ được bổ sung bằng bơm định lượng qua quá trình điều khiển bằng thiết bị đo pH online

b Đối với các khí thải có nhiệt độ thấp (khí nguội)

Các khí thải loại này có thể bao gồm: khí thải phát thải từ các bể axit, hoặc bể tẩy bề mặt kim loại, bể mạ, khí thải của các quá trình đốt cháy do gia nhiệt thấp như khí thải trong quá trình đúc hạt nhựa, khí thải cắt các bao bì…

Với đặc trưng các khí thải này khả năng ăn mòn cao hoặc độc tính lớn do đó là vật liệu được ưu tiên chọn làm hệ thống xử lý khí thải là nhựa PP hoặc Composite

Hệ thống khí thải loại này thì điều quan trọng nhất là tính toán được lưu lượng quạt hút, đường ống thu khí và kích thước tháp xử lý Mặc dù không gây ra các hậu quả ngay lập tức như các khí thải có nhiệt độ cao, nhưng về lâu dài thì hậu quả của việc không thu gom khí thải loại này sẽ nghiêm trọng hơn

Dung dịch hấp thụ thường sử dụng là:

Nước: Đối với quá trình xử lý khí thải mang mục đích chính là xử lý bụi

Các dung dịch kiềm: như NaOH, Ca(OH)2, sữa vôi Đối với các chất dung môi hữu

3.2.5 Xử lý khí thải bằng công nghệ sinh học Biofilter

Phương pháp xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter là một phương pháp tương đối mới và gần đây mới được áp dụng tại Việt Nam, tuy nhiên phương pháp này lại có rất nhiều

ưu điểm vượt trội so với các phương pháp xử lý khí thải sinh học khác

Xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter thường được áp dụng trong các trang trại chăn nuôi heo để xử lý mùi của chuồng trại, Hệ thống kiểu này đã được áp dụng rất thành công tại trang trại nuôi lợn Cổ Đông - Sơn Tây, xử lý mùi của nhà tập kết rác, xử lý mùi cho các hệ thống xử lý nước thải

khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) Và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm trong giới hạn 300-500 ft3/ft2-giờ

3.3 Xử lý tro xỉ

3.3.1 Sử dụng tro xỉ như một loại phụ gia cho bê tông

Với việc xử lý rác thải bằng phương pháp đốt đã sản sinh ra một lượng tro xỉ nhất định Như đã đề cập ở trên quá trình đốt rác lại phát sinh lượng chất thải rắn là tro xỉ với tỷ

lệ dao động khoảng 15 - 25% Theo tính toán, các nhà máy xử lý rác thải có tạo ra điện năng sẽ sản sinh ra bình quân 25 tấn tro xỉ/MW cùng với đó dân số ngày càng tăng cũng dẫn đến việc rác thải ngày càng nhiều và lượng tro xỉ khi ta xử lý rác kèm theo đó cũng tăng lên

Hiện nay, đã có một số quốc gia đã nghiên cứu sử dụng tro xỉ từ nhà máy đốt rác để làm vật liệu thi công đường, vật liệu đắp như Đức, Đan Mạch, Thụy Điển… nhằm thay thế cho nguồn vật liệu tự nhiên như cát hoặc vật liệu đất đắp đang ngày càng cạn kiệt, đồng thời giảm chi phí chôn lấp tại các bãi rác

Xu thế phát triển nhà máy điện rác ngày càng được quan tâm và ứng dụng, thay thế phương pháp chôn lấp truyền thống Việc đưa tro xỉ vào làm phu gia cho vật liệu xây dựng, không chỉ đưa ra giải pháp xử lý tro đáy phát sinh từ nhà máy điện rác mà còn “khai phá” nguồn vật liệu mới cho ngành xây dựng trong tương lai, góp phần giảm thiểm ô nhiễm môi trường và suy thoái tài nguyên thiên nhiên Không những thế, việc biến tro xỉ thành vật liệu hữu ích đã khẳng định năng lực sáng tạo của các nhà khoa học trong nước, góp phần bảo

vệ sức khỏe cộng đồng và chung tay bảo vệ môi trường để hướng tới một tương lai xanh

3.3.2 Sử dụng tro bay trong quá trình cải tạo đất nông nghiệp

Tro bay đã được chứng minh hoạt động như một vật liệu hạn chế để trung hòa độ chua của đất và cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng Hầu hết tro bay được tạo ra ở

Ấn Độ có tính chất kiềm; do đó, ứng dụng của nó đối với đất nông nghiệp có thể làm tăng

pH đất và do đó trung hòa các loại đất có tính axit Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử

dụng tro bay như tác nhân hạn chế trong đất axit có thể cải thiện tính chất của đất và tăng năng suất cây trồng

Về mặt hóa học, tro bay chứa các nguyên tố như Ca, Fe, Mg và K, cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nhưng cũng có các nguyên tố khác như B, Se và Mo và kim loại có thể gây độc cho cây trồng Vôi trong tro bay dễ dàng phản ứng với các thành phần có tính axit trong đất dẫn đến giải phóng các chất dinh dưỡng như S, B và Mo ở dạng và số lượng thuận lợi cho cây trồng Tro bay chứa lượng không đáng kể muối hòa tan, cacbon hữu cơ

và một số lượng K, CaO, MgO, Zn và Mo đáng kể

Sử dụng tro bay cùng với phân bón hóa học và vật liệu hữu cơ một cách tích hợp có thể tiết kiệm phân bón hóa học cũng như tăng hiệu quả sử dụng phân bón (FUE)

Ứng dụng tro bay vào đất cát có thể làm thay đổi vĩnh viễn kết cấu đất, tăng tính xốp

và cải thiện khả năng giữ nước vì nó chủ yếu bao gồm các hạt có kích thước phù sa Tro bay thường làm giảm mật độ khối lượng lớn đất dẫn đến cải thiện độ rỗng đất, khả năng làm việc và tăng cường khả năng giữ nước

3.4 Xử lý nước thải

Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải như nước thải hộ gia đình, thương mại và cơ quan Nó bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm và sản xuất nước thải được xử lý an toàn với môi trường Một sản phẩm của xử lý nước thải thường là một chất thải bán rắn hoặc bùn, mà cần phải xử lý hơn nữa trước khi được thải ra hoặc được áp dụng đất (thường là phân bón cho nông nghiệp)

Đối với hầu hết các thành phố, các hệ thống thoát nước cũng sẽ mang theo một tỷ lệ nước thải công nghiệp tới các nhà máy xử lý nước thải mà thường đã nhận được tiền xử lý tại các nhà máy để giảm tải ô nhiễm Nếu hệ thống thoát nước là một hệ thống thoát nước kết hợp thì nó cũng sẽ mang theo dòng chảy đô thị (nước mưa) đến nhà máy xử lý nước thải

Tuỳ vào từng loại nước thải mà việc áp dụng công nghệ phù hợp để đạt hiệu quả cao nhất

Xử lý nước thải bao gồm

• Xử lý cơ học: tách các thành phần rác thải, dầu mỡ, cặn bả ra khỏi nguồn nước thải

• Xử lý hóa học: trung hòa nồng độ PH trong nước, keo tụ tạo bông hoặc lắng, để loại

bỏ các chất kim loại, các chất vô cơ

• Xử lý sinh học: kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí, để loại bỏ các thành phần bị ô nhiễm hữu

cơ

• Lọc nước: loại bỏ các chất rắn còn lại có trong nước, bước này tùy thuộc vào quy dịnh về xả thải của pháp luật đối với hàm lượng chất rắn có trong nước

Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý phát thải, trong đó Công nghệ MBR (Membrane Bio-Reactor) là công nghệ sử dụng bể lọc màng sinh học Màng lọc này có kích thước lỗ màng Quá trình xử lý nguồn nước thải sinh hoạt diễn ra trong bể lọc màng sinh học và tương tự như trong bể sinh học hiếu khí bình thường Tuy nhiên, bể lọc màng MBR không cần có bể lắng sinh học và bể khử trùng Màng lọc với kích thước rất nhỏ của phương pháp MBR có khả năng giữ lại các phân tử bùn vi sinh, các loại cặn lơ lửng và vi sinh vật gây bệnh ra khỏi dòng nước thải

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải MBBR

Các quá trình này có tác dụng thúc đẩy việc cải thiện chất lượng nước, giúp giảm thiểu tối

đa hàm lượng độc hại thải ra môi trường để có thể sử dụng lại và không gây ô nhiễm Dưới đây là một số công đoạn của các hệ thống xử lý nước thải phổ biến nhất hiện nay:

• Điều lưu và trung hoà

• Keo tụ, tạo bông cặn và kết tủa

CHƯƠNG 4 TẬN DỤNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT RÁC

Sự thiêu hủy rác thải đô thị được tồn tại ở châu Âu từ những năm 1930 nhằm làm giảm đi khối lượng và thể tích rác thải Hiện nay, các nhà máy thiêu hủy rác hiện đại có thể giảm 90% khối lượng chất thải rắn, tuy nhiên điều đó đồng nghĩa với việc thời gian sử dụng của bãi chôn lấp chất thải sẽ tăng lên 10 lần Đồng thời, chất thải là chất vô cơ không gây

ra các hậu quả ô nhiễm khác như mùi, nước rỉ rác và trở thành khu vực dễ phát triển các vi khuẩn gây bệnh như rác thông thường

Các loại hình lò đốt rác được sử dụng cũng bao gồm nhiều loại với các phương thức đốt khác nhau như: lò đốt hở thủ công, lò đốt một cấp, lò đốt nhiểu cấp, lò đốt thùng quay,

lò đốt tầng sôi, lò đốt nhiều tầng, lò đốt kiểu nhiệt phân, lò đốt kiểu khí hóa

Việc xử lý rác thải thành năng lượng (Waste to Energy) đã tồn tại từ lâu ở các nước phát triển do lượng nhiệt sinh ra từ quá trình đốt rác có thể sử dụng để sản xuất hơi nước, hay nước nóng trong các lò hơi phục vụ cho nhu cầu sưởi ấm ở các nước ôn đới, còn để phát điện thì muộn hơn nhiều Một số sáng chế nộp đơn đăng ký bản quyền từ đầu những năm 1980 cho việc đốt chất thải phát điện Khoảng đầu những năm 2000, những lò đốt rác

và những trung tâm xử lý rác lớn ra đời và phát triển mạnh hơn với lượng rác đốt lớn để có thể sản xuất hơi quá nhiệt để làm quay tua bin cho sản xuất điện

4.1 Điện rác

hình Quy trình đốt rác phát điện

B1: Thu gom và phân loại rác

Việc thu gom và phân loại rác thải là vấn đề quan trọng để xử lý rác hiệu quả Đặc điểm chung của rác thải là tính chất đa dạng với nhiều loại hình từ kim loại, mảnh sành sứ, rác thải hữu cơ từ thực phẩm, giấy, nilon và các sản phẩm cao su, plastic và nhiều khi có cả đất đá nữa Trong các thành phần rác thải như vậy, việc thu gom và đốt rác sẽ gặp các vấn

đề sau:

1 Nếu rác thải có quá ít thành phần cháy được hoặc rác quá ẩm, việc đốt rác là không khả thi vì lượng nhiệt sinh ra không đủ cho quá trình cháy tiếp diễn lâu dài Điều này thường xảy ra với những khu vực có nhiều lượng rác hữu cơ

2 Thành phần rác có chứa nhiều nilon hay các hợp chất nhựa, thực phẩm dạng thịt, cao su, vải vụn, pin, vv thì hàm lượng chất cháy nhiều hơn, nhưng thường có những phát thải độc hại có tính axit cao và những phát thải Furan, Dioxin, hơi chì gây độc hại cho môi trường

3 Thành phần rác thải chứa nhiều cục lớn, cứng, cồng kềnh gây khó khăn trong việc chuyên chở, phân loại loại bỏ

4 Việc thu gom và tập kết rác thải luôn gây ô nhiễm mùi khiến cho người lao động, các hộ dân sống gần nơi tập kết cũng như nhà máy xử lý chịu ảnh hưởng trực tiếp và trong nhiều trường hợp sẽ phát sinh những phản đối mạnh mẽ

B2: Chế biến rác thải thành nhiên liệu Với đặc tính rác thải đa dạng như vậy, việc chế biến rác thải thành nhiên liệu bao gồm các công đoạn sau:

1 Phân loại thành phần rác thải thành dạng cháy được bao gồm có các loại giấy, nilon, cao su, vv ; dạng hữu cơ ngâm ủ được bao gồm các loại phế thải rau, củ, quả và thực phẩm thừa, dạng chất trơ không cháy được bao gồm các loại đất đá, sành sứ, vật liệu xây dựng, vv Việc phân loại này chỉ có thể thực hiện một cách tương đối với các hệ thống máy phân loại hiện nay

2 Các hợp chất cháy được có thể được tách ra cho ráo nước để sấy khô, nghiền, chế biến thành các viên nhiên liệu hoặc đốt luôn tùy theo dạng công nghệ sử dụng

3 Các hợp chất hữu cơ có thể đem chôn lấp đúng kỹ thuật, hoặc ngâm ủ để sản sinh khí sinh học CH4 và sau đó đốt khí này trong lò hơi

4 Các chất trơ có thể đem chôn lấp

Việc phân loại cũng có thể tách ra các chất, vật liệu có khả năng tái sử dụng, hoặc tái chế như nhựa, nilon, các loại kim loại để bán

B3: Đốt rác trong lò hơi để sản xuất hơi nước quá nhiệt

Việc đốt rác cần được thực hiện trong lò đốt rác đảm bảo các tiêu chuẩn theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn sinh hoạt QCVN61-MT: 2016/BTNMT, hoặc các quy chuẩn chuyên biệt khác cho rác thải công nghiệp, hay rác thải y tế

Điều đáng chú ý là quá trình cháy sinh ra một lượng nhiệt nhất định, vì thế có thể tận dụng lượng "nhiệt thừa" này để biến thành năng lượng sử dụng cho các mục đích khác nhau như sấy, sưởi và các ứng dụng nhiệt năng trong công nghiệp Tuy nhiên, do rất khó khăn để có được các ứng dụng nhiệt năng này gần khu vực tập kết rác thải nên sản xuất điện năng sẽ là ứng dụng mang tính thực tế cao nhất có thể triển khai

Đối với mục tiêu sản xuất điện thì năng lượng sản xuất ra sẽ ở dạng hơi nước quá nhiệt Như vậy lò đốt rác trong trường hợp này sẽ là một lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt có khu vực buồng đốt đáp ứng được yêu cầu của một lò đốt rác thải sinh hoạt theo quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia của Việt Nam

Các lò hơi đốt rác có các kết cấu kim loại chịu áp lực nên cũng rất dễ bị ăn mòn trong môi trường khói thải từ rác có nhiều hơi axit, đồng thời, nhiều thành phần khí thải độc hại sinh ra trong quá trình đốt các loại nhiên liệu đa thành phần nên hệ thống xử lý khói thải của lò đốt rác hết sức phức tạp và đắt tiền Điều này dẫn tới chi phí đầu tư cho một hệ thống đốt rác phát điện, cũng như vận hành nó đắt đỏ hơn những hệ thống xử lý và đốt rác thông thường

Ngoài ra, do đặc tính nhiên liệu của rác là kém và không ổn định nên các lò đốt rác thường xuyên phải đốt dầu kèm để duy trì nhiệt độ ổn định trong lò Dầu là loại nhiên liệu đắt tiền nên việc đốt kèm dầu với lượng lớn sẽ làm tăng chi phí xử lý rác thải

B4: Sử dụng hơi nước quá nhiệt để làm quay tua bin và phát điện

Hơi nước quá nhiệt sinh ra từ lò hơi sẽ được đưa tới tua bin ngưng hơi để làm quay tua bin Tua bin gắn với máy phát điện sẽ sinh ra điện để phát vào lưới điện Hơi nước sau khi giãn nở sinh công làm quay tua bin sẽ được ngưng tụ thành nước tại bình ngưng nhờ một nguồn nước làm mát bên ngoài và bơm trở lại lò hơi để hoàn thành một chu trình kín

Đây là mô hình phát điện phổ biến sử dụng chu trình Rankin cho việc sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện nay, tuy nhiên ở đây ta dùng rác làm nhiên liệu Tùy thuộc vào quy mô của nhà máy, điện năng sản xuất ra có thể từ vài MW đến vài chục

MW Việc sản xuất điện theo chu trình Rankin của hệ thống đốt rác có hiệu suất không cao

do cỡ lò nhỏ và nhiệt độ hơi quá nhiệt thấp Hiệu suất biến đổi năng lượng nằm trong khoảng 25 - 30%

4.1.1 Một số công nghệ đốt chất thải phát thải

Hiện nay, công nghệ đốt chất thải phát điện đang được các quốc gia quan tâm vì nó thể hiện được những ưu điểm vượt bậc so với phương pháp chôn lấp và lò đốt chất thải truyền thống, như giảm được trên 90% thể tích và khối lượng chất thải; có thể tận dụng nhiệt; giảm phát thải khí nhà kính so với biện pháp chôn lấp; giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi Có ba công nghệ lò đốt chất thải được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy đốt chất thải phát điện hiện nay, đó là: công nghệ lò đốt buồng lửa có ghi (stocker incinerators), công nghệ lò đốt thùng quay (Rotary Kiln incinerators) và công nghệ lò đốt tầng sôi (Fluidized Bed Incinerators) Một số đặc điểm công nghệ và các sáng chế điển hình của ba công nghệ này được trình bày dưới đây

a Công nghệ sử dụng lò đốt buồng đốt chất thải phát điện buồng lửa có ghi (Stoker incinerators)

Công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi có nguyên lý: chất thải rắn được đốt trong một buồng lửa với không khí được làm giàu oxy cung cấp từ bên dưới Tại đó, chất thải rắn được sấy khô và đốt cháy thành tro, phần lớn sẽ lắng xuống đáy Một phần nhỏ tro xỉ thoát ra khỏi lò theo dòng khí thải và được thu gom, xử lý trong thiết bị xử

lý khí thải Công nghệ này có ưu điểm là có thể xử lý nhiều loại chất thải và công suất lò đốt có thể nâng lên rất cao Tuy nhiên công nghệ có nhược điểm không thể xử lý chất thải rắn có nhiệt trị quá cao (nhiệt trị thường nhỏ hơn 3000 kcal/kg) và không thể bị gián đoạn quá trình vận hành