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

Điều này có thể làm suy giảm nguồn lợi dựa vào môi trường và gây ra sự mất mát về đa dạng sinh học. Biến đổi khí hậu: Các hoạt động liên quan đến chất thải cũng có thể góp phần vào biến

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

Hà Nội, 5/2024

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 Theo nguồn gốc 5

1.2.2 Theo tính chất 7

1.2.3 Theo hình thức tồn tại 7

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

1.4 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 phát điện 11

2.2 Chôn rác thải 12

2.3 Tái chế rác thải 13

2.4 Phương pháp 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 một vấn đề nghiêm trọng đang đối mặt trên khắp thế giới Sự tăng lênkhông kiểm soát của rác thải không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đếnsức khỏe con người và đa dạng sinh học Việc xử lý rác thải đúng cách là một thách thứclớn đối với cả các quốc gia phát triển và đang phát triển Để giải quyết vấn đề này, cần có

sự hợp tác từ cộng đồng toàn cầu Chúng ta cần thúc đẩy việc tái chế và tái sử dụng cácnguồn tài nguyên để giảm thiểu lượng rác thải được tạo ra Công nghệ cũng có thể được

sử dụng để tạo ra các giải pháp hiệu quả hơn trong việc xử lý rác thải và tái chế các vậtliệu Chúng ta cần hành động ngay bây giờ để bảo vệ môi trường và tương lai của chúng

ta khỏi sự ô nhiễm của rác thải

Từ những ý nêu trên, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ xử lýrác thải để tìm hiểu và nghiên cứu cho môn học Kỹ thuật xử lý phát thải để mở rộng khảnăng hiểu biết về các kỹ thuật xử lý rác hiện có hiện nay đồng thời đề cao vấn đề quantrọng của việc xử lý rác thải đang bức bối hiện nay cũng như việc nâng cao ý thức bảo vệmôi trường

Chúng em xin cảm ơn thầy Tạ Văn Chương đã hướng dẫn chúng em làm bài tậpnày 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 khôngthể tránh khỏi những thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Nhóm em rất mong nhậnđược sự góp ý, đánh giá của các thầy và các bạn để bài làm của nhóm em thêm hoàn thiệnhơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI1.1 Chất thải là gì

Chất thải là những vật và chất mà người dùng không còn muốn sử dụng và thải ra,tuy nhiên trong một số ngữ cảnh nó có thể là không có ý nghĩa với người này nhưng lại làlợi ích của người khác, chất thải còn được gọi là rác Trong cuộc sống, chất thải đượchình dung là những chất không còn được sử dụng cùng với những chất độc được xuất ra

từ chúng

Rác liên quan trực tiếp tới sự phát triển của con người cả về công nghệ và xã hội.Cấu tạo của các loại rác biến đổi qua thời gian và nơi chốn, với quá trình phát triển và đổimới có tính chất công nghiệp đang trực tiếp ảnh hưởng tới nguồn phế liệu Ví dụ nhưnhựa và công nghệ hạt nhân Một số thành phần của rác có giá trị kinh tế đã được tái chếlại một cách hoàn hảo

1.2 Phân loại các loại chất thải

1.2.1 Theo nguồn gốc

 Chất thải sinh hoạt: Rác thải sinh hoạt là những chất thải rắn được tạo ra từ hoạt động sinh hoạt của con người tại các khu dân cư, bao gồm các loại chất thải như thức ăn thừa, giấy báo, bao bì, chai lọ, vỏ hộp, vải thải, đồ chơi, vật dụng gia đình, rác thải điện

tử, vv Rác thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ lớn trong tổng sản lượng chất thải của một địa phương, đặc biệt là trong các thành phố lớn

Hình 1.1: Hình ảnh một con cua được làm từ rác trên bãi biển

 Chất thải công nghiệp

Là chất thải được tạo ra từ hoạt động công nghiệp, bao gồm bất kỳ vật liệu nào trở nên vô dụng trong quá trình sản xuất tại các nhà máy, công nghiệp, luyện kim và hoạt động khai thác Các loại chất thải công nghiệp bao gồm bụi bẩn và sỏi, gạch và bê tông, kim loại phế liệu, dầu, dung môi, hóa chất, gỗ phế liệu, thậm chí cả thực vật từ các nhà hàng

Hình 1.2 Khí thải tử các nhà máy công nghiệp

 Chất thải nông nghiệp

Chất thải nông nghiệp là các chất thải sinh ra từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, baogồm các chất thải hữu cơ như phân bón, thức ăn thừa, các chất hóa học như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, phân bón hóa học và các chất thải khác từ quá trình chế biến và xử

Hình 1.4 Rác thải y tế

1.2.2 Theo tính chất

 Chất thải không nguy hại

Là những chất không có khả năng gây hại cho con người và môi trường Chúng cóthể 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 ănthừa,…

Hình 1.5 Thức ăn thừa được đổ vào thùng rác

 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

dễ cháy, nổ,…

Hình 1.6 Chất thải nguy hại

1.2.3 Theo hình thức tồn tại

 Chất thải rắn:

Chất thải rắn là loại chất thải có thể rắn hoặc bùn thải bị thải ra môi trường từ hoạt động

sinh hoạt hằng ngày hoặc quá trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ

 Chất thải lỏng

Chất thải lỏng là các loại chất thải tồn tại ở thể lỏng Chất thải lỏng thường bao gồm có các loạinước 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,…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

1.3 Ảnh hưởng của chất thải đối với môi trường

 Ô nhiễm nước: Chất thải lỏng hoặc rắn thường được xả thải vào các nguồn nước như sông, hồ,

hoặc biển Điều này có thể làm ô nhiễm nước và gây hại cho hệ sinh thái nước, ảnh hưởng đến động, thực vật sống trong môi trường nước

 Ô nhiễm không khí: Một số loại chất thải, như khí thải từ nhà máy hoặc xe cộ, có thể gây ô

nhiễm không khí, gây ra các vấn đề về sức khỏe như bệnh hô hấp và tác động tiêu cực đến môi trường sống

 Giảm đa dạng sinh học: Ô nhiễm từ chất thải có thể ảnh hưởng đến các loài động vật và thực

vật, làm giảm đa dạng sinh học trong một khu vực Điều này có thể làm suy giảm nguồn lợi dựa vào môi trường và gây ra sự mất mát về đa dạng sinh học

 Biến đổi khí hậu: Các hoạt động liên quan đến chất thải cũng có thể góp phần vào biến đổi khí

hậu, như việc sinh ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính từ việc đốt cháy chất thải hữu cơ hoặc từ quátrình phân hủy chất thải hữu cơ trong môi trường không có oxi (như trong đất đầm lầy)

1.4 Thực trạng rác thải ở Việt Nam hiện nay

Hiện nay, Việt Nam đang thải ra môi trường khoảng 60.000 tấn rác sinh hoạt một

ngày, trong đó khoảng 60% là rác thải sinh hoạt đô thị Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường,

trên 70% lượng rác này được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, trong đó chỉ có khoảng

dưới 20% là được chôn lấp hợp vệ sinh Lượng rác chôn lấp không hợp vệ sinh đang hàng

ngày gây ô nhiễm cho môi trường đất, môi trường nước và không khí Vấn đề này trở nên

đặc biệt nghiêm trọng ở các thành phố lớn Ngoài ra, trong số 30% được xử lý bằng phương

pháp không chôn lấp thì cũng có đến 2/3 là được đốt tiêu hủy bằng các lò đốt rác thủ công,

gây khói bụi ô nhiễm không khí

Tại Hà Nội, lượng rác sinh hoạt đô thị phát sinh hàng ngày khoảng 7.000 tấn/ngày Hiện bãi rác Nam Sơn đã quá tải và Hà Nội đã có một số nhà đầu tư đăng ký đầu tư khu xử

lý rác thải ở Sóc Sơn, Nam Sơn và một số nơi khác nhưng mới chỉ có một Nhà máy đốt rác phát điện của Công ty Thiên Ý (Trung Quốc) đã chạy thử giai đoạn 1 Sau hơn một năm nhàmáy vẫn chưa được nghiệm thu và vận hành chính thức

Tại Tp.Hồ Chí Minh, mỗi ngày phát sinh khoảng 10.000 tấn rác thải sinh hoạt đô thị Thành phố đã kêu gọi được nhiều nhà đầu tư xử lý rác thải hàng chục năm trước nhưng chủ yếu là dùng phương pháp chôn lấp Hiện nay hầu hết các bãi rác này đã sắp quá tải và đang hàng ngày gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng như bãi rác Đa Phước hay khu xử lý Tây Bắc thuộc huyện Củ Chi

Ngoài ra, các thành phố lớn khác đều gặp khó khăn trong vấn đề quản lý và xử lý rác thải Tại Cần Thơ đã có nhà máy đốt rác phát điện với công suất 400 tấn/ngày, nhưng đang gặp vấn đề về khí thải Lượng khí thải chiếm tới 5% tổng lượng rác xử lý với nguy cơ chứa các chất gây ung thư như furan và dioxin, đang được thu gom nhưng kho chứa tro bụi đã quá tải mà chưa tìm được cách xử lý phù hợp Tại Hải Phòng, lượng rác phát sinh vào khoảng 700-800 tấn/ngày Một số khu xử lý như khu chôn lấp Tràng Cát hay nhà máy phân compost tỏ ra không hiệu quả Hiện thành phố đang có kế hoạch kêu gọi các nhà đầu tư xử

lý rác theo công nghệ hiện đại hơn

Tại Đà Nẵng, rác thải đã trở nên vô cùng bức xúc nhiều năm nay nhưng vẫn chưa được cải thiện Bãi rác Khánh Sơn với sức chứa 3 triệu tấn rác đã hết công suất, phải mở rộng nhiều lần nhưng vẫn có nguy cơ quá tải với lượng rác phát sinh hiện nay khoảng 1.100 tấn/ngày, tương đương hơn 400.000 tấn/năm Khu vực gần bãi rác Khánh Sơn đang bốc mùihôi thối và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây bức xúc cho người dân Dự án xử lý rác thải sinh hoạt công suất 600 tấn/ngày đã được cấp giấy phép đầu tư hơn 10 năm trước nhưng cho đến nay vẫn không tiến triển gì ngoài việc xây hàng rào giữ đất

Một số nơi khác cũng đã đầu tư hoặc đang bắt đầu đầu tư các khu xử lý rác với công suất nhỏ lẻ và nhìn chung là thiếu hiệu quả Có thể tạm chia ra năm phương pháp xử lý rác đang được áp dụng ở Việt Nam hiện nay là: (1) chôn lấp, (2) sản xuất phân compost, (3) đốtthiêu hủy bằng các lò thủ công, (4) đốt rác phát điện và (5) biogas Hiện nay hai phương pháp phổ biến nhất mà Việt Nam sử dụng chủ yếu là chôn lấp và đốt thủ công đã bị cấm hoặc không được khuyến khích áp dụng

Các khó khăn về tài chính cũng như các chính sách đầu tư về lĩnh vực này cũng là rào cản đáng kể, cần phải được tháo gỡ Theo Nghị Quyết 16/QH15 thì đến 2025, 90% rác thải sinh hoạt phải được xử lý hợp vệ sinh Các báo cáo kinh tế - xã hội hàng năm thì tiêu chí này đều đạt và vượt các chỉ tiêu Quốc hội giao nhưng con số thực tế lại khác xa khá nhiều như số liệu do Bộ Tài Nguyên và Môi trường cung cấp đã đề cập ở phần đầu bài viết

Hình 1.7: Bãi rác Khánh Sơn hiện đang quá tải

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI

2.1 Đốt rác và phát điện

Đốt rác là quá trình tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cháy nó trong môi trường có oxi Quá trình này thường được thực hiện trong các nhà máy chế biến chất thải hoặc các nhà máy nhiên liệu sinh học Khi rác được đốt, nhiệt độ cao sẽ phá hủy các hợp chất hữu

cơ và chất hữu cơ khác trong rác, biến chúng thành các hợp chất đơn giản hơn như CO2 vànước, cùng với một số khí thải khác như CO, NOx và SOx

Quá trình đốt rác có thể giảm lượng chất thải vật lý và khả năng lây lan các bệnh tật

từ chất thải Tuy nhiên, nó cũng có thể tạo ra khí thải độc hại và phát tán bụi mịn vào không khí, gây ô nhiễm không khí và có thể gây hại cho sức khỏe con người nếu không được kiểm soát chặt chẽ Để giảm thiểu tác động tiêu cực của việc đốt rác, các biện pháp kiểm soát ô nhiễm như sử dụng các thiết bị lọc khí thải và quản lý chất thải một cách hiệu quả cần được áp dụng

a Nguyên lý hoạt động

Đầu tiên, rác thải được thu gom và vận chuyển đến nhà máy xử lý rác thải Tại đây,

rác thải được đưa vào lò đốt, nơi nhiệt năng được tạo ra từ quá trình đốt cháy Nhiệt năng

này có thể được sử dụng để đun nước thành hơi nước, sau đó đi qua turbine để tạo ra điện

Điện năng sản xuất từ quá trình này có thể được sử dụng để cung cấp điện cho hệ thống lưới

điện hoặc sử dụng trong các hoạt động sản xuất, kinh doanh khác

Công nghệ hiện đại: Công nghệ xử lý đốt rác thải ngày nay đã được cải tiến, đảm bảo an toàn, hiệuquả và đạt các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt

c Nhược điểm

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

o 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 đến

sức khỏe của cộng đồng xung quanh

o 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

 Sản xuất điện từ rác thải

 Xử lý rác thải sinh hoạt của phường, xã, khu công nghiệp, khu đô thị

2.2 Chôn rác thải

a Nguyên lý hoạt động

Chôn lấp rác thải là một phương pháp truyền thống và phổ biến để xử lý rác thải

sinh hoạt Nó thường được thực hiện bằng cách đặt rác thải vào các hố đất sâu, sau đó đổ

đất lên để chôn lấp rác dưới một lớp đất Phương pháp này đã được áp dụng trong nhiều

năm và được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia, đặc biệt là ở các đô thị với mật độ dân số

 Ô nhiễm môi trường: Chôn lấp rác thải có thể gây ra ô nhiễm môi trường vì các chất

độc hại trong rác thải có thể thấm vào đất và nước ngầm

 Phải kiểm tra nơi chôn cất định kỳ

 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

d Ứng dụng

Chôn rác thải sinh hoạt của con người và rác thải nông nghiệp

2.3 Tái chế rác thải

Tái chế rác thải là quá trình chuyển đổi các vật liệu không còn sử dụng được thành sản phẩm mới có giá trị sử dụng.

a, Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của tái chế rác thải là tách các loại rác thải khác nhau ra khỏinhau và tiến hành xử lý, tái chế chúng Quá trình này có thể được chia thành các bướcchính như sau:

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

 Giúp giảm lượng rác thải được sản xuất, đồng thời giúp giảm tình trạng ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và năng lượng

 Có thể tận dụng lại các vật liệu từ rác thải để sản xuất các sản phẩm mới có giá trị

sử dụng, giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên mới và giúp giảm khí thải nhà kính

 Có thể giúp giảm chi phí xử lý rác thải cho các địa phương, đồng thời tạo ra cơ hội kinh doanh và việc làm trong ngành tái chế

c, Nhược điểm của tái chế rác thải

 Đòi hỏi quy trình phức tạp và kỹ thuật cao để tách và xử lý các vật liệu từ rác thải, đồng thời cũng đòi hỏi đầu tư vốn và công nghệ để xây dựng các cơ sở tái chế

 Cần có hệ thống thu gom, phân loại và vận chuyển rác thải tái sử dụng hiệu quả, đồng thời cần sự đồng thuận và hợp tác từ cộng đồng dân cư để thực hiện tái sử dụng chất thải rắn

 Không thể tái sử dụng hoàn toàn tất cả các loại chất thải rắn, đôi khi cần phải xử lý các chất thải khó tái chế hoặc không thể tái chế, chẳng hạn như các chất thải hữu cơ phân hủy hay chất thải độc hại

d, Ứng dụng của tái chế rác thải

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

trường

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

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

2.4 Phương pháp sinh học

Xử lý rác thải hữu cơ bằng công nghệ sinh học là một phương pháp sử dụng các quá

trình sinh học để phân hủy rác thải hữu cơ (như thực phẩm thừa, vỏ trái cây, lá cây, cỏ cắt

tỉa, vv.) thành sản phẩm hữu ích, chẳng hạn phân hữu cơ, khí sinh học hay năng lượng sinh

học

a, 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

 Có thể sản xuất khí sinh học từ quá trình phân hủy rác thải hữu cơ, được sử dụng làm nguồnnăng lượng thay thế cho năng lượng hóa thạch, giúp giảm khí thải nhà kính và giúp bảo vệmôi trường

 Phương pháp đồng thời giúp tái sử dụng tài nguyên và giảm lượng rác thải chưa được xử lý

 Đòi hỏi sự quản lý và giám sát cẩn thận để đảm bảo quá trình diễn ra đúng cách, tránh ônhiễm môi trường hoặc mùi hôi gây khó chịu cho cộng đồng dân cư xung quanh

d, Ứng dụng

iảm thiểu lượng rác thải và sản xuất phân hữu cơ có giá trị cho nông nghiệp.

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ PHÁT THẢI TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT

RÁC3.1 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 từ80- 85% và thể tích khoảng 95-96%, nước rỉ rác thải gần như không có nhưng sinh ra mộtlượng lớn khí thải như bụi, SO2, NOx, CO, các chất hữu cơ dễ bay hơi(VOCs), khíDioxin/Furan, khí do đốt không hoàn toàn hợp chất hữu cơ, …… Các khí thải nàythường gây nhiều bệnh 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 vớinhau bằng một cặp nguyên tử oxy hay một nguyên tử oxy Dioxin và furan phát tántheo đường: khói thải, bụi và tro xỉ

 SOx xuất phát từ quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao của lưu huỳnh - chứa trong chấtthải 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 thànhphần rác thải sinh hoạt Khí này được hình thành do 2 nguyên nhân: phản ứng củaoxy và nitơ trong không khí cấp vào buồng đốt; phản ứng của oxy và nitơ có trongnguyên liệu

 COx từ việc đốt nhiên liệu hữu cơ trong chất thải hộ gia đình hoặc từ quá trình đốtcháy 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 ratrong quá trình tiếp nhận và lưu trữ rác thải trong hố thu trước khi được rác được đốt tiêuhủy 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 vitrùng, 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 khitái 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 tạothành 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 lượngchất 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

 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 thuậnlợi, ngoài ra còn có thể tận dụng lượng nhiệt này để đun nóng nước hay nung nóng khôngkhí trước khi cấp cho lò đốt Quá trình trao đổi nhiệt dựa trên nguyên lý chung về truyềnnhiệt, có thể xảy ra theo kiểu trực tiếp hay gián tiếp Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùngthiết bị ống chùm Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng các tháp rửa (khi đó quá trình hạnhiệt 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 thướclớn trong hệ thống xử lý khí thải

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

Do có hình dáng đa dạng (dạng que, cầu, sợi, dạng hình chữ v ) của các hạt bụicông nghiệp; do đó xét với khối lượng như nhau các hạt bụi hình cầu sẽ lắng nhanh hơncác 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, tầnxuất 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 kíchthước lớn sẽ được giữ lại trước tiên tại các khe giữa các sợi vải lọc, dần dần tĩnh tụ lại làmthu 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 cóchiều 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 túilọc bụi

Hiệu quả của phương pháp lọc bụi túi vải có thể đạt tới 99 - 99,8% và tách được cảcác hạt có kích thước rất nhỏ Đến một thời điểm nhất định (tùy thuộc vào nồng độ bụitrong 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 bámvào bề mặt hạt bụi gây ra hiện tượng nhiễm điện trên bề mặt hạt bụi cùng với tác dụngcủa lực điện trường, cực dương sẽ hút các hạt tích điện âm và ngược lại Sự va đập giữađiện cực và các hạt bụi, làm cho các hạt bụi trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy thubụi Thường duy trì điện trường từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị Trongđiện trường, sẽ mất tối đa 1 giây để hạt bụi đường kính 0,1mm tích điện Vì thế tùy theotừng 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 cùngsau khi dòng khí thải đã đi qua thiết bị lắng và Cyclon Thiết bị lọc bụi tĩnh điện có khảnăng lọc tách bụi mà vẫn giữ nguyên được nhiệt độ của dòng khí thải, dẫn đến có thểđược 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 kiểmsoát chặt chẽ các khí thải như CO, bụi than… để không bị kích nổ khi dòng khí bị ion hóasinh ra tia lửa điện

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 vàocường 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 lượngnhiệt 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 tạpchất 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 trungbình (5-20mm) nhằm tránh trường hợp bị tắc lớp than

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 trongkhí 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 quátrình 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 tửchất khí tác dụng hóa học với các chất trong dung dịch hấp thụ Do đó hấp thụ hóahọc thường bền và không thuận ngịch thường được áp dụng trong quá trình xử lýkhí 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 hấpthụ Bước 2 Tiếp đến, các phân tử khí thâm nhập và hòa tan vào bề mặt dung dịch hấpthụ

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 phươngpháp hấp thụ, hiện nay có nhiều phương pháp xử lý khác nhau Tùy thuộc vào loại khíthải đặc trưng trong từng khu công nghiệp Người ta lựa chọn các phương pháp xử lý khíthải 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 ănmòn giữa các axit tạo ra khi các chất ô nhiễm: NOx, SOx, COx tác dụng với nước do đótháp hấp thụ cần phải được bảo vệ bằng các vật liệu tránh ăn mòn và chịu được nhiệt độcao như các loại Gạch chịu nhiệt, các loại đệm hấp thụ phải được làm bằng các vật liệuchịu 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 dịchhấp thụ sau khi đi qua tháp xử lý phải được đưa qua hệ thống tháp giải nhiệt để giảm bớtnhiệt độ

Các chất hấp thụ được bổ sung bằng bơm định lượng qua quá trình điều khiển bằngthiết 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 thảitrong 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 vậtliệu 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 quạthút, đường ống thu khí và kích thước tháp xử lý Mặc dù không gây ra các hậu quả ngaylập tức như các khí thải có nhiệt độ cao, nhưng về lâu dài thì hậu quả của việc không thugom 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 hữucơ

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 tươngđối mới và gần đây mới được áp dụng tại Việt Nam, tuy nhiên phương pháp này lại có rấtnhiều 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 trạichăn nuôi heo để xử lý mùi của chuồng trại, Hệ thống kiểu này đã được áp dụng rất thànhcông tại trang trại nuôi lợn Cổ Đông - Sơn Tây, xử lý mùi của nhà tập kết rác, xử lý mùicho các hệ thống xử lý nước thải

- Nguyên lý hoạt động

Các chất khí ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào buồng vật liệu lọc Tạilớp vật liệu lọc thì vi sinh vật phát triển thành màng sinh học Các chất khí gây ô nhiễm sẽ

bị hấp phụ bởi màng sinh học Tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy Tạo nên năng lượng

và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O các loại muối

Khí thải của quá trình sau khi đã lọc sạch thải vào khí quyển từ bên trên của hệthống lọc Hầu hết những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các

chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90% Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lýđược những

khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) Và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm tronggiới 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 nhấtđịnh 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 điệnnăng sẽ sản sinh ra bình quân 25 tấn tro xỉ/MW cùng với đó dân số ngày càng tăng cũngdẫn đến việc rác thải ngày càng nhiều và lượng tro xỉ khi ta xử lý rác kèm theo đó cũngtăng 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 thaythế 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 thếphương pháp chôn lấp truyền thống Việc đưa tro xỉ vào làm phu gia cho vật liệu xâydựng, 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 trongnước, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và chung tay bảo vệ môi trường để hướng tớimột 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 độchua 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 rằngviệc sử

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

Về mặt hóa học, tro bay chứa các nguyên tố như Ca, Fe, Mg và K, cần thiết cho sựphát 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 cótính axit trong đất dẫn đến giải phóng các chất dinh dưỡng như S, B và Mo ở dạng và sốlượng thuận lợi cho cây trồng Tro bay chứa lượng không đáng kể muối hòa tan, cacbonhữu 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 tínhxốp 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, khảnăng 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 sinhhọc 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 chonông 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 thoátnước kết hợp thì nó cũng sẽ mang theo dòng chảy đô thị (nước mưa) đến nhà máy xử lýnước 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 cókích thước lỗ màng Quá trình xử lý nguồn nước thải sinh hoạt diễn ra trong bể lọc màngsinh học và tương tự như trong bể sinh học hiếu khí bình thường Tuy nhiên, bể lọc màngMBR không cần có bể lắng sinh học và bể khử trùng Màng lọc với kích thước rất nhỏcủa 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 làmgiảm đi khối lượng và thể tích rác thải Hiện nay, các nhà máy thiêu hủy rác hiện đại cóthể giảm 90% khối lượng chất thải rắn, tuy nhiên điều đó đồng nghĩa với việc thời gian sửdụng của bãi chôn lấp chất thải sẽ tăng lên 10 lần Đồng thời, chất thải là chất vô cơkhông gây ra các hậu quả ô nhiễm khác như mùi, nước rỉ rác và trở thành khu vực dễ pháttriển 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 phươngthức đốt khác nhau như: lò đốt hở thủ công, lò đốt một cấp, lò đốt nhiểu cấp, lò đốt thùngquay, 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 nướcphát 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 đểphát điện thì muộn hơn nhiều Một số sáng chế nộp đơn đăng ký bản quyền từ đầu nhữngnăm 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 Đặcđiểm 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 gặpcác vấn đề sau:

1 Nếu rác thải có quá ít thành phần cháy được hoặc rác quá ẩm, việc đốt rác làkhông khả thi vì lượng nhiệt sinh ra không đủ cho quá trình cháy tiếp diễn lâu dài Điềunày 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 nhữngphát thải độc hại có tính axit cao và những phát thải Furan, Dioxin, hơi chì gây độc hạicho môi trường

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

4 Việc thu gom và tập kết rác thải luôn gây ô nhiễm mùi khiến cho người laođộng, 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 vàthực phẩm thừa, dạng chất trơ không cháy được bao gồm các loại đất đá, sành sứ, vật liệuxây dựng, vv Việc phân loại này chỉ có thể thực hiện một cách tương đối với các hệthống 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 sảnsinh 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, hoặctái 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 quychuẩn 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 thểtận dụng lượng "nhiệt thừa" này để biến thành năng lượng sử dụng cho các mục đích khácnhau như sấy, sưởi và các ứng dụng nhiệt năng trong công nghiệp Tuy nhiên, do rất khókhăn để có được các ứng dụng nhiệt năng này gần khu vực tập kết rác thải nên sản xuấtđiện 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 quánhiệt Như vậy lò đốt rác trong trường hợp này sẽ là một lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt cókhu 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 mòntrong môi trường khói thải từ rác có nhiều hơi axit, đồng thời, nhiều thành phần khí thảiđộc hại sinh ra trong quá trình đốt các loại nhiên liệu đa thành phần nên hệ thống xử lýkhói thải của lò đốt rác hết sức phức tạp và đắt tiền Điều này dẫn tới chi phí đầu tư chomột hệ thống đốt rác phát điện, cũng như vận hành nó đắt đỏ hơn những hệ thống xử lý vàđốt rác thông thường

Ngoài ra, do đặc tính nhiên liệu của rác là kém và không ổn định nên các lò đốt rácthường xuyên phải đốt dầu kèm để duy trì nhiệt độ ổn định trong lò Dầu là loại nhiên liệuđắt 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 quaytua bin Tua bin gắn với máy phát điện sẽ sinh ra điện để phát vào lưới điện Hơi nước saukhi giãn nở sinh công làm quay tua bin sẽ được ngưng tụ thành nước tại bình ngưng nhờmột 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 điệntrong các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện nay, tuy nhiên ở đây ta dùng rác làm nhiênliệu Tùy thuộc vào quy mô của nhà máy, điện năng sản xuất ra có thể từ vài MW đến vàichục MW Việc sản xuất điện theo chu trình Rankin của hệ thống đốt rác có hiệu suấtkhông cao do cỡ lò nhỏ và nhiệt độ hơi quá nhiệt thấp Hiệu suất biến đổi năng lượng nằmtrong 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 nóthể hiện được những ưu điểm vượt bậc so với phương pháp chôn lấp và lò đốt chất thảitruyền thống, như giảm được trên 90% thể tích và khối lượng chất thải; có thể tận dụngnhiệt; 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 máyđốt chất thải phát điện hiện nay, đó là: công nghệ lò đốt buồng lửa có ghi (stockerincinerators), công nghệ lò đốt thùng quay (Rotary Kiln incinerators) và công nghệ lò đốttầng sôi (Fluidized Bed Incinerators) Một số đặc điểm công nghệ và các sáng chế điểnhình 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 thảirắn 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 Mộtphần 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 chấtthải rắn có nhiệt trị quá cao (nhiệt trị thường nhỏ hơn 3000 kcal/kg) và không thể bị giánđoạn quá trình vận hành

Trong lò đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi, khí thải có khả năngkhông được đốt cháy hết do kích thước lò đốt ngày càng tăng lên Do đó, một vấn đề xảy

ra là hàm lượng khí có hại sinh ra trong quá trình cháy như nitơ oxit (NOx) hoặc cacbonmonoxit (CO) còn nhiều trong khí thải của quá trình đốt Mục tiêu của sáng chế này làđưa ra một lò đốt có quá trình đốt thứ cấp để đốt khí thải của quá trình đốt sơ cấp và mộtphần khí thải được tuần hoàn Do vậy, lượng khí có hại sẽ giảm thiểu một cách đáng kể

Lò đốt buồng đốt chất thải phát điện kiểu buồng lửa có ghi theo sáng chế bao gồm:

bộ phận cung cấp khí thải tuần hoàn cho phép khí thải thu được từ việc xử lý khí đốt hồilưu đến kênh dẫn khí đốt (15) thông qua vòi phun khí thải tuần hoàn (36) được cung cấptrên kênh dẫn khí đốt (15) và cung cấp khí thải dưới dạng khí thải tuần hoàn (S3); và bộcấp khí đốt thứ cấp cung cấp không khí đốt thứ cấp (S2) ở phía trên của vòi phun khí thảituần hoàn (36) trên kênh dẫn khí đốt (15) thông qua vòi phun khí đốt thứ cấp (31) đượccung cấp trên khí đốt kênh (15), trong đó vòi phun khí thải tuần hoàn (36) và vòi phun khíđốt thứ cấp (31) được bố trí ở các vị trí khác nhau theo mặt cắt của kênh dẫn khí đốt (15)

Chất thải (D) được đưa vào buồng đốt (9) từ phễu cung cấp (4) thông qua sự dichuyển tới lui của bộ nạp (7) Buồng đốt (9) được tạo thành bằng cách bố trí xen kẽ cácghi cố định (fixed fire grates) và các ghi di động (movable fire grates) chuyển động theohướng dòng chảy của chất thải Khí đốt sơ cấp (10) được cung cấp tới buồng đốt sơ cấpthông qua bộ cung cấp (S1) Buồng đốt (9) có ba phần: phần lò sấy (M1) để tiếp nhận chấtthải (D), làm khô và đốt một phần; phần lò đốt (M2) là phần đốt chính chất thải; và phầnlò

đốt (M3) là phần đốt cuối cùng để đảm bảo chất thải được đốt hết trước khi tro đi quacổng xả tro (13).

Quá trình đốt thứ cấp xảy ra trong kênh khí đốt (15) Khí đốt của quá trình đốt sơcấp tại buồng đốt (9) và một phần khí thải (R’) được hồi lưu thông qua vòi phun khí thảituần hoàn (36) tạo thành khí thải tuần hoàn (S3) vào buồng đốt thứ cấp (17) Không khí(29) được đưa vào sử dụng cho quá trình đốt thứ cấp tại vòi phun (31) phía bên trên củavòi phun khí thải tuần hoàn (36) Quá trình đốt cháy thứ cấp này giúp giảm lượng khí thải

có hại

b Công nghệ sử dụng lò đốt thùng quay (Rotary Kiln incinerators)

Công nghệ này có lò đốt dạng hình trụ rỗng và có cấu tạo đơn giản Khi vận hành,

lò quay chậm rãi, đưa chất thải bên trong lên, xuống theo từng vòng quay Tro xỉ thoát ra

ở phần cuối của khối trụ lò trong khi dòng khí thải lại được đốt liên tiếp đến khi cháyhoàn toàn Một phần tro xỉ cũng được đốt tiếp chung với dòng khí và được xử lý trongthiết bị xử lý khí thải Công nghệ này có ưu điểm là có thể xử lý nhiều loại chất thảinhưng thích hợp nhất là chất thải có nhiệt trị cao và có thể xử lý được chất thải kích thướclớn Tuy nhiên công nghệ còn có nhược điểm là dễ thất thoát nhiệt và công suất bị giớihạn (thường xử lý ít hơn 300 tấn rác thải/ngày)