Dạng tài liệu : Bài trích bản tin Ngôn ngữ tài liệu : vie Tên nguồn trích : Môi trường và phát triển bền vững Dữ liệu nguồn trích : 2006/Số 8/Công nghệ môi tr ường Đề mục : 87.53 Chất thải. Quản lý v à sử dụng chất thải, công nghệ ít chất thải v à không chất thải Từ khoá : Công nghệ ; Xử lý ; Chất thải ; Nhiệt Nội dung: Gần đây, phương pháp xử lý chất thải bằng nhiệt đ ược sử dụng phổ biến để xử lý chất thải đô thị, giảm khối l ượng chất thải và ngăn ngừa dich bệnh. Nh ưng hiện nay, phương pháp này đang đư ợc hạn chế nhằm ngăn ngừa ô nhiễm. Các công nghệ tiên tiến xử lý chất thải bằng nhiệt nh ư nhiệt phân và khí hoá, cho phép thu hồi nguồn năng l ượng (như nhiệt năng, điện năng hoặc nhi ên liệu). Biện pháp này cũng loại bỏ các chất thải đô thị có khả năng phân huỷ sinh học khỏi b ãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng của chính sách quản lý chất thải. Nhiệt phân và khí hoá không ph ải là những công nghệ mới, tr ước đây, chúng đ ược dùng để sản xuất than củi v à than cốc từ gỗ và than đá. Tuy nhiên , gần đây phương pháp này được sử dụng để xử lý chất thải rắn đô thị (MSW). Một số nh à máy lớn ở châu Âu và Nh ật Bản hiện nay đang sử dụng ph ương pháp này. Có một số khác biệt giữa ph ương pháp thiêu đ ốt truyền thống v à các công ngh ệ mới. Cả hai phương pháp nhiệt phân và khí hoá đều biến chất thải th ành những loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái đ ược kiểm soát. Ngược lại, với phương pháp thiêu đ ốt chất thải biến to àn bộ chất thải đầu v ào thành năng lư ợng và tro, quy trình x ử lý nhiệt lại hạn chế sự biến đổi, để quá tr ình đốt cháy không xảy ra trực tiếp. Thay v ào đó, chất thải được biến thành những chất trung gian có giá tr ị, có thể xử lý th ành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng l ượng. Hàng loạt vật liệu có thể đ ược xử lý bằng các quy trình công nghệ điện phân và khí hoá đặc biệt đã được tối ưu hoá để xử lý vật liệu đầu v ào như nhiệt phân lốp xe thải và khí hoá bùn th ải, đôi khi những quy tr ình khác được thiết kế để xử lý những chất thải hỗn hợp nh ư chất thải rắn đô thị. Những ứng dụng chủ yếu : - Xử lý các chất d ư thừa trong nông nghiệp v à lâm nghiệp - Xử lý chất thải sinh hoạt v à chất thải thương mại - Thu hồi năng lượng từ những chất d ư thừa trong quá tr ình tái chế các vật liệu (chất còn lại trong máy nghiền tự động, ph ế liệu trong sản xuất điện v à điện tử, các loại lốp cao su, chất thải nhựa tổng hợp v à các chất dư thừa trong quá tr ình bao gói). Đôi khi các hệ thống nhiệt phân v à khí hoá không tương thích v ới việc xử lý chất thải rắn đô thị ch ưa được phân loại. Với xu t hế gia tăng lượng chất thải hiện nay, buộc phải có các biện pháp tiền xử lý (thu gom có phân loại ) v à các quy trình xử lý này đang trở nên thích hợp hơn. Thiêu đốt chất thải Có thể xử lý chất thải bằng nhiệt theo nhiều cách khác nhau. Công nghệ phổ biến nhất là quy trình thiêu đốt một khối l ượng lớn chất thải. Công nghệ n ày bao gồm việc đưa chất thải chưa phân loại vào các kho chứa, nơi chất thải được vận chuyển đến trước khi đưa vào lò đốt. Không được đốt chất thải, nếu ch ưa loại bỏ các vật liệu có kích thước lớn như đệm và xe đạp cũ. Để đốt chất thải hỗn hợp, nhiệt độ phải đạt tr ên 850 0 C và quá trình đốt chất thải sẽ sinh ra CO 2 và nước. Trước đây, các nhà máy thiêu đốt thường được thiết kế đơn giản để đốt chất thải, nh ưng các nhà máy thiêu đ ốt mới nhất hiện nay đã thu hồi được nguồn năng l ượng dưới dạng hơi nước, nước nóng hoặc điện năng. Đặc biệt là chất thải rắn đô thị có chứa nguồn năng l ượng bằng nửa năng l ượng của than cấp cao. Các công ngh ệ đốt một khối l ượng lớn chất thải đang tiếp tục đ ược triển khai và nâng cấp, đặc biệt đã chú ý đến hiệu suất bảo vệ môi tr ường. Trong một số tr ường hợp thì phương pháp thiêu đ ốt chất thải rắn đô thị l à chưa thích hợp, nó cần phải có nguyên liệu phù hợp,đủ khối lượng lớn để duy tr ì thiết bị hoạt động. Các l ò thiêu đốt hiện đại đòi hỏi phải có từ 200.000 tấn đến 400.000 tấn chất thải rắn đô thị mỗi năm. Nhiệt phân là quá trình làm suy gi ảm nhiệt của các vật liệu cácbon ở nhiệt độ từ 400 0 C – 800 0 C hoặc trong điều kiện ho àn toàn thiếu ô xy họăc có nguồn cung cấp ô xy rất hạn chế. Quá trình này làm bay h ơi và phân huỷ các vật liệu hữu c ơ rắn bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ng ược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí, chất lỏng, v à chất thải than ở dạng rắn đ ược sinh ra. Chất thải than dưới dạng rắn là hợp chất của các nguy ên liệu khó cháy với cácbon. Khí tổng hợp được phát sinh là hỗn hợp các khí gồm khí cácbon monoxít, hyđrô, mêtan và m ột loạt các hợp chất hữu c ơ dễ bay hơi khác. Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10 - 20 MJ/Nm 3 . Phần ngưng tụ có thể được thu hồi và sử dụng làm nhiên liệu lỏng. Khi so sánh với quá trình đốt cháy và khí hoá thì lợi thế chủ yếu của ph ương pháp nhiệt phân, với nhi ên liệu ở dạng lỏng vận chuyển sẽ dễ d àng hơn các nhiên li ệu ở thể rắn, hoặc thể khí. Như vậy nhà máy nhiệt phân không n ên đặt gần điểm sử dụng cuối cùng, nhưng có th ể đặt ở gần nguồn cung cấp nhi ên liệu sẽ giảm bớt đ ược những chi phí vận chuyển nhi ên liệu. Chi phí vận chuyển cao l à một trong những yếu tố hạn chế việc xây dựng các nhà máy điện sinh khối quy mô lớn, hiệu suất cao h ơn và phát th ải thấp hơn những nhà máy nhỏ. Phương pháp khí hoá Theo phương pháp khí hoá, h ầu hết cacbon trong chất thải đ ược biến đổi thành những sản phẩm dạng khí v à các chất thải trơ. Chỉ một phần phân t ử hữu cơ bị phá vỡ, sinh ra một loại khí gi àu năng lượng được gọi là khí tổng hợp. Quá tr ình biến đổi than thành khí thành ph ố là một ví dụ của ph ương pháp khí hoá. Quá trình này sẽ giảm đi trong nhiệt phân v à đốt cháy vì nó liên quan tới quá trình oxy hoá từng phần. Oxy được bổ sung nhưng chưa đủ lượng để diễn ra quá trình đốt cháy hoàn toàn. Nhi ệt độ vận h ành thường cao hơn 750 0 C. Sản phẩm chính là khí tổng hợp với năng suất toả nhiệt l à 4-10MJ/Nm 3 . Nhiên liệu sản xuất từ chất thải Có thể tạo ra một loại nhiên liệu từ chất thải rắn đô thị (MSW), hay gọi l à nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải bằng việc tách ra những hạt chất nhẹ h ơn, dễ cháy. Sản xuất nhiên liệu từ chất thải không phải l à một quá trình xử lý nhiệt, m à là quá trình biến đổi nhiệt của các thành phần dễ cháy trong chất thải rắn đô thị. Chất thải được chuyển th ành nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải qua một số giai đoạn tiền xử lý. Các lò phản ứng xử lý nhiệt 1. Lò quay (nhi ệt phân): Loại l ò này hoạt động ở nhiệt độ t ương đối thấp (400 0 C – 600 0 C) và có thể xử lý vật liệu có kích th ước lớn. Lò được đốt nóng b ên ngoài và chất thải được trộn và xử lý khi lò quay chậm. 2. Ống đốt nóng (nhiệt phân): Hoạt động ở nhiệt độ cao h ơn 800 0 C, chất thải được quay với tốc độ không đổi. 3. Tiếp xúc bề mặt (nhiệt phân): Ph ù hợp với chất thải đ ược xử lý trước, đòi hỏi vật liệu có kích th ước nhỏ. 4. Tầng hoá lỏng (Khí hoá) đ ược sử dụng cho các quá tr ình khí hoá ho ặc quá trình đốt. Tầng hoá lỏng đ ược tạo ra bởi các phần tử alumin có các đặc tính t ương tự như chất dễ chảy lưu động. Khí nóng đ ược thổi qua tầng, vật liệu ở tầng bị hoá lỏng v à nhiên liệu được trộn với các chất ở tầng nóng (th ường là cát) đảm bảo cho quá tr ình đốt cháy hoàn toàn. Ch ất thải được xử lý trước để loại bỏ những vậ t liệu có kích thước lớn. Phương pháp này r ất thích hợp với việc sử dụng nhi ên liệu có nguồn gốc là chất thải. 5. Tầng cố định (Khí hoá) gồm một số loại l ò phản ứng khác nhau – Ví dụ điển hình là hệ thống ghi l ò, nơi mà nguyên li ệu đi qua ghi lò và khí nóng đi qua tầng chứa chất thải. Xử lý khí và sản phẩm dư thừa và các chất thải Các chất rắn thải ra từ những quá tr ình xử lý này gồm các kim loại v à cácbon. Một lượng cácbon sinh ra từ quá tr ình nhiệt phân nhiều h ơn đáng kể so với quá trình khí hoá. Các hạt cỡ lớn thải ra nằm ở phần tro d ưới đáy. Các hạt nhẹ h ơn được tách và lọc. Những kim loại không ổn định nh ư chì, thiếc, catmi và thuỷ ngân tụ lại khi khí được làm mát. Quá trình khí hoá và nhi ệt phân sinh ra các chất thải t ương tự như quá trình thiêu đốt. Các chất thải khí gồm khí chứa axít, điôxin, furan, ôxít nit ơ, điôxít sunphua, các hạt, kim loại nặng v à hyđrô sunphua. Những chất còn lại ở thể rắn gồm tro khoáng tr ơ, các hợp chất vô cơ và cácbon dư; Những chất này có thể tạo thành 8% - 15% lượng chất thải ban đầu. Các nhà máy sử dụng công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến gồm những thiết bị đ òi hỏi nhiều vốn và có có tuổi thọ thiết kế từ 15 -20 năm. Thành ph ần chất thải sinh ra trong quá trình v ận hành có thể thay đổi, vì vậy các thiết bị phải đ ược thiết kế linh hoạt để xử lý được đa dạng vật liệu v à có thể thay đổi được khối lượng xử lý. Thu hồi năng lượng Lợi ích của quá tr ình nhiệt phân và khí hoá, đó là khí t ổng hợp được tạo ra có thể sử dụng theo một số cách: - Khí tổng hợp có thể đ ược đốt ở trong nồi hơi để tạo ra hơi nước, đi qua tuabin để phát ra điện và cũng cung cấp nhiệt cục bộ. Việc sử dụng nhiệt cũng nh ư phát ra điện sẽ nâng cao hiệu suất năng l ượng của hệ thống. - Khí tổng hợp có thể được dùng làm nhiên li ệu động cơ chạy bằng khí hoặc tua bin khí – làm tăng hi ệu suất phát điện, đặc biệt trong các hệ thống kết hợp điện v à nhiệt (CHP). - Khí tổng hợp cũng có thể đ ược sử dụng làm nguyên liệu hoá học nếu nh à máy xử lý được đặt gần nơi sử dụng cuối cùng. Nguồn năng lượng được thu hồi là yếu tố quan trọng về kinh tế của dự án. Quy trình xử lý này đơn giản và nguồn năng lượng có thể được thu hồi nhiều h ơn. Một số quy trình xử lý coi than củi l à chất thải còn dư, đòi hỏi phải xử lý, trong khi các quá trình khác l ại cho rằng than củi có chứa một lượng đáng kể cacbon có trong chất thải. Các quá tr ình xử lý khác coi than củi nh ư một loại vật liệu có thể tái chế bán trên các thị trường hiện nay. Để sử dụng khí tổng hợp phát điện, đ òi hỏi nguyên liệu này phải được làm sạch, loại bỏ các hạt và nhựa than ngưng tụ. Tái chế Các chất có khả năng tái chế từ chất thải hoặc các kim loại đ ược tách ra từ giai đoạn cuối của quá tr ình xử lý nhiệt thường có chất l ượng thấp hơn các chất có khả năng tái chế được tách ra từ hệ thống thu gom chất thải sinh hoạt khác, giá trị của chúng cũng thấp hơn . Việc khử các kim loại trong công đoạn cuối của hệ thống l àm tăng sản lượng tái chế. Các chất dư thừa còn lại ở đáy trong quá tr ình nhiệt phân luôn chứa một l ượng cacbon đáng kể. Phần dư thừa này phải được chôn lấp hoặc xử lý bằng cách khí hoá hoặc thiêu đốt để giảm lượng cacbon. Việc xử lý bổ sung cho phép tái chế các sản phẩm còn lại ở dưới đáy thành một khối kết hợp. Ưu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến - Giảm khối lượng chất thải. - Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ. - Thu được giá trị của chất thải, th ường là điện năng. - Đi theo hướng phát triển bền vững, tiến tới việc tái sử dụng v à tái chế. - Chất thải biến th ành năng lượng là sự bổ sung cho việc tái chế các vật liệu. - Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với l ượng chất thải đang gia tăng. - Đẩy mạnh việc thay đổi th ành phần chất thải rắn ở b ão chôn lấp. - Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải - Ứng phó với những công cụ kinh tế v à tài chính (ví d ụ như thuế chôn lấp và các khoản trợ cấp cho nguồn năng l ượng thay thế) Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho ph ương pháp chôn l ấp, khi xử lý một l ượng lớn các chất có th ành phần thay đổi, đặc biệt l à chất thải rắn đô thị. Biện pháp ủ phân và phân hu ỷ yếm khí chỉ có thể xử lý phần thối rữa. Hầu hết quy trình xử lý bằng nhiệt ti ên tiến sử dụng chất thải rắn đô thị đ ã được xử lý ban đầu. Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhi ên liệu sản xuất chủ yếu gồm các thẻ giấy v à các loại chất dẻo tạo ra từ nhi ên liệu có nguồn gốc l à chất thải. Những yếu tố tác động đến nhu cầu của hệ thống xử lý nhiệt Nhu cầu về thu hồi những sản phẩm có giá trị v à nguồn năng lượng từ chất thải rắn đô thị Biện pháp thiêu đốt truyền thống gây tác động ti êu cực. Nhận thức của cộng đồng về những công nghệ mới h ơn sẽ “xanh” hơn. Có những hạn chế về việc chôn lấp chất thải ch ưa được xử lý. Chi phí xử lý các sản phẩm c òn lại của lò đốt chất thải đang tăng l ên. Các quá trình x ử lý tương thích với tái chế. Một số nhược điểm của công nghệ xử lý nhiệt ti ên tiến: Công nghệ có thể chưa được kiểm chứng Bản chất của ng ành công nghi ệp còn mang tính b ảo thủ Thiếu thành tích thương m ại Những người sử dụng tiềm năng thiếu hiểu biết về công nghệ n ày Tiền bồi thường đang giảm dần ở một số n ước có lượng chất thải đang tăng Một số công ty hiện nay đang vận h ành thử nghiệm các nh à máy khí hoá ho ặc nhiệt phân thương mại mặc dù các thử nghiệm đầu tiên thường thất bại về mặt t ài chính. Tuy nhiên, công ngh ệ hiện nay đang đ ược triển khai trên phạm vi rộng hơn và một số nhà máy đang chuẩn bị triển khai. Lợi thế chủ yếu của biện pháp nhiệt phân so với các quá tr ình khí hoá và thiêu đốt khác là làm tăng thu h ồi các kim loại. Quá tr ình này khử tất cả các chất hữu c ơ thường lẫn với các kim loại nh ư: nhãn mác, nút chai, và th ức ăn thừa. Ngo ài ra, phương pháp này c òn làm giảm lượng không khí, giữ cho các kim loại không bị oxy hoá và thu h ồi dễ dàng những kim loại có giá trị cao nh ư nhôm. Lợi thế nữa của quá tr ình nhiệt phân là không cho phép hình thành ch ất điôxin, do thiếu oxy và sử dụng nhiệt ở nhiệt độ tr ên 400 0 C. Kết luận Đặc điểm chính của các hệ thống xử lý nhiệt ti ên tiến này là cơ hội để sản xuất điện năng có hiệu suất cao. Có thể sẽ có nhiều điện năng h ơn được sản xuất từ chất thải và nhu cầu sử dụng các nhi ên liệu hoá thạch ít h ơn, giảm phát thải khí nh à kính. Tăng hiệu quả sản xuất điện cũng có thể l àm giảm các chi phí vận h ành. Phương pháp khí hoá có th ể mang lại hiệu quả cao, đặc biệt khi khí đ ược đốt trong tuabin. Các công ngh ệ đốt khí tổng hợp đ ược cải biến từ các tuabin khí m à trước đây được thiết kế chỉ để đốt khí thi ên nhiên. Hiệu suất của các tuabin đ ược thiết kế đặc biệt để đốt khí tổng hợp có giá trị nhiệt thấp có thể đạt đ ược ở mức cao. Mặc dù phương pháp thiêu đ ốt một khối lượng lớn chất thải l à một công nghệ đã được kiểm chứng nh ưng nó vẫn chưa được trình diễn đầy đủ. Nguồn: Warmer Bulletin, No 103, 2/2006 . . mục : 87.53 Chất thải. Quản lý v à sử dụng chất thải, công nghệ ít chất thải v à không chất thải Từ khoá : Công nghệ ; Xử lý ; Chất thải ; Nhiệt Nội dung: Gần đây, phương pháp xử lý chất thải bằng nhiệt. ơ rắn bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ng ược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí, chất lỏng, v à chất thải than ở dạng rắn đ ược sinh ra. Chất thải. phân hu ỷ yếm khí chỉ có thể xử lý phần thối rữa. Hầu hết quy trình xử lý bằng nhiệt ti ên tiến sử dụng chất thải rắn đô thị đ ã được xử lý ban đầu. Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhi