công nghệ xử lý chất thải rắn và khí thải

• Chất thải rắn không có độc tính CTR: là các loại rác thải trong sinh hoạt có thể phân hủy được, các rác thải có nguồn gốc từ thực vật: lá cây, vỏ của các loại lương thực như vỏ dừa, vỏ

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT

THẢI RẮN VÀ KHÍ THẢI

TS Ngô Thị Thuý Hường

2

NỘI DUNG CHÍNH CHƯƠNG 1

1 1 KHÁI NIỆM CHẤT THẢI RẮN 1.2 NGUỒN GỐC CHẤT THẢI RẮN 1.3 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI RẮN: THEO NGUỒN GỐC PHÁT SINH, THEO TÍNH CHẤT NGUY HẠI 1.4 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN

3

1 KHÁI NIỆM CHẤT THẢI RẮN

1.1 Khái niệm:

• Chất thải rắn (hay rác thải): là tất cả chất thải ở dạng rắn (hoặc

sệt) được thải bỏ trong hoạt động của con người và động vật

• Chất thải rắn không có độc tính (CTR): là các loại rác thải

trong sinh hoạt có thể phân hủy được, các rác thải có nguồn

gốc từ thực vật: lá cây, vỏ của các loại lương thực như vỏ dừa,

vỏ trấu, vỏ cà phê, phân chuồng, rỉ đường, phế thải của các

quy trình sản xuất công nghiệp như sản xuất bia, thứ căn gia

súc, thực phẩm

• Chất thải rắn có độc tính hay

chất thải rắn nguy hại

(CTRNH): là các chất gây nguy

hại đến môi trường và con

người CTRNH là các chất dễ

cháy nổ, dễ ăn mòn, dễ ô

nhiễm, làm ngộ đôc., vv

4

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Có từ khi con người có mặt trên trái đất

• Con người và động vật khai thác tài nguyên trên trái đất  thải ra các chất thải rắn

• Khi mật độ dân cư còn thấp  CTR không gây ô nhiềm môi trường trầm trọng  diệ tích đất còn nhiều  có thể tự đồng hóa và phân hủy các chất thải

• Khi xã hội phát triển, dân số đông, con người sống tập trung thành làng, xã, cụm dân cư, vv  Thực phẩm thừa và các loại chất thải khác bị thải bỏ bừa bãi khắp nơi  thuận lợi cho sự phát triển của các loài gậm nhấm (chuột)  điểm tựa cho các sinh vật ký sinh như là bọ chét sinh sống và phát triển gây nên bệnh dịch hạch lan truyền trầm trọng ở Châu

Âu vào giữa thế kỷ 14

5

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Thế kỷ 19, kiểm soát dịch bệnh nhằm bảo vệ sức khỏe cộng

đồng mới được quan tâm

• Nhận thức được: Không thu gom và xử lý CTR  sự phát

triển của các vec tơ truyền bệnh  dịch bệnh  sức khỏe con

người

• Quản lý CTR không hợp lý nguyên nhân chính gây ô nhiễm

môi trường (đất nước và không khí)

• Các phương pháp quản lý CTR đầu thể kỷ 20:

Thải bỏ trên các khu đất trống

Thải bỏ vào môi trường nước (sông, hồ, biển …)

Chôn lấp

Giảm thiểu và đốt

6

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quản lý CTR:

• Hiện nay, hệ thống quản lý CTR không ngừng phát triển, đặc biệt ở các nước phát triển, do kết hợp các thành phần:

Luật pháp và quy định quản lý chất thải rắn

Hệ thống tổ chức quản lý

Quy hoạch quản lý

Công nghệ xử lý

• Sự ra đời về luật và quy định quản lý CTR  nâng cao hiểu quả của hệ thống quản lý CTR hiện nay

7

1.3 Sự phát sinh CTR trong xã hội công nghiệp:

Quá trình phát sinh chất thải rắn trong XH công nghiệp

8

1.4 Ảnh hưởng của CTR đến môi trường:

• Việc quản lý CTR không hợp lý  ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước Ví dụ:

rò rỉ từ bãi chôn lấp  ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Hệ thống tổ chức quản lý

Rò rỉ từ các bãi thải bỏ trong khai thác mỏ có thể chứa các độc tố như Cu, As, U  ô nhiễm nước ngầm

• Khi lượng các CTR quá cao, vượt quá khả năng tự làm sạch hay đồng hóa của tự nhiên  Mất cân bằng sinh thái

• Mật độ dân số cao  lượng CTR lớn

• Lượng và thành phần CTR khác nhau giữa các vùng khác nhau

9

1.5 Hệ thống quản lý CTR đô thị:

• Hệ thống quản lý CTR đô thị là một cơ cấu quản lý chuyên

trách về CTR đô thị trong cấu trúc tổng thể của 1 tổ chức (cơ

quan quản lý nhà nước về môi trường, công ty, các đơn vị sản

xuất, vv.)

• Hệ thống QLCTR đô thị là thiết yếu trong việc kiểm soát các

vấn đề liên quan đến CTR, bao gồm:

Sự phát sinh

Thu gom, lưu giữ vàphân loại tại nguồn

Thu gom tập trung;

Trung chuyển và vận chuyển;

Phân loại, xử lý và chế biến;

Thải bỏ CTR hợp lý (bảo vệ sức khỏe cộng đồng, kinh tế,

bảo tồn thiên nhiên, cảnh quan, vv.)

10

1.5 Hệ thống quản lý CTR đô thị:

Mối liên hệ giữa các thành phần trong hệ thống QLCTR

Phân loại, lưu trữ, tái sử dụng tại nguồn Nguồn phát sinh chất thải

Trung chuyển và vận chuyển

Phân loại, xử lý và tái chế CTR Thu gom tập trung

Thải bỏ

11

2 NGUỒN GỐC CHẤT THẢI RẮN

2.1 Nguồn gốc phát sinh của CTR:

• Nguồn gốc phát sinh, thành phần, tốc độ phát sinh của CTR là

cơ sở quan trọng cho:

Lựa chọn công nghệ xử lý

Đề xuất các chương trình quản lý CTR thích hợp

• Các nguồn phát sinh CTR bao gồm:

Khu dân cư

Khu thương mại (nhà hàng, khách sạn, siêu thị, chợ, vv.);

Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng;

Khu công cộng (nhà ga, bến tàu, sân bay, công viên, đường

phố, vv.);

Nhà máy xử lý chất thải;

Các khu công nghiệp;

Các hoạt động sản xuất nông nghiệp

• Chất thải đô thị hầu hết là chất thải công cộng, ngoại trừ CTR

từ sản xuất công nghiệp và nông nghiệp

12

13

14

3 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI RẮN

• Phân loại theo thành phần, tính chất có nhiều ý nghĩa trong quản

lý CTR CTR có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

Phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh: Rác thải từ sinh hoạt, văn phòng, khu thương mại, công nghiệp, nông nghiệp, đường phố hay chất thải trong quá trình xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng, vv

Phân loại dựa vào các đặc tính tự nhiên như:

Thành phần vô cơ (chai nhựa, nilon, vải…)

Thành phần hữu cơ (thức ăn thừa, cỏ cây…)

Thành phần đốt cháy được: đồ chơi nhựa, băng đĩa, cao

su, vải, giấy…

Thành phần không đốt cháy: sành sứ, thủy tinh, đồ điện…

Thành phần tái chế: chai nhựa, vỏ thiếc, hộp giấy, giấy…

Thành phần có kích thước lớn: như tủ, bàn, xe đạp…

15

Tuy nhiên, dựa vào đặc điểm chất thải có thể phân loại

CTR thành 3 nhóm lớn sau:

Chất thải đô thị;

Chất thải công nghiệp;

Chất thải nguy hại

• Đáng chú ý nhất trong rác thải là CTR nguy hại, thường phát

sinh từ các khu công nghiệp

Thông tin về nguồn gốc phát sinh, đặc tính của các CTNH của

các loại hình công nghiệp khác nhau là rất cần thiết

Ví dụ: hiện tượng rò rỉ, chảy tràn các loại hóa chất, dầu mỏ,

vv phải đặc biệt chú ý, do chi phí thu gom và XL các chất thải

này rất tốn kém Ví dụ sự chảy tràn hóa chất bị ngấm vào đất

và các vật liệu ngậm nước khác như rơm rạ thì việc thu gom

phải tiến hành với cả rơm rạ và đào bới đất bị ngấm vào để xử

lý  rất tốn kém

• Rác thải đo thị là nguồn phân tán  khó quản lý

16

Lợi ích của việc phân loại CTR tại nguồn:

• Giảm ô nhiễm và đất đai ở các BCL:

+ Giảm 50 – 80 % KL CTR phải chôn lấp;

+ Giảm diện tích đất cho các BCL

• Giảm chi phí QLCTR (nếu phân loại triệt để và hệ thống vận hành hoàn chỉnh):

+ Tận dụng tài nguyên CTR để tái sử dụng và tái chế;

+ Giảm chi phí vận hành, thu gom và xử lý của hệ thống QLCTR

• Thông qua phân loại CTR, góp phần nâng cao ý thức trách nhiệm của mọi người

• Phân loại CTR thể hiện sự hoàn thiện của thế chế, pháp luật và văn hóa, giảm gánh nặng về MT cho các cấp quản lý

17

Chất thải nguy hại (CTNH):

• CTNH có thể định nghĩa khác nhau như sau:

- CT có chứa các yếu tố, thành phần độc hại;

- CT có đặc tính dễ: ăn mòn, cháy nỗ, phản ứng…;

- Gây nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp (phản ứng với các chất

khác) đến sinh vật và MT thiên nhiên;

- Điều 3 Luật BVMT năm 2014: "CT nguy hại (CTNH) là CT

chứa yếu tố độc hại, phóng xạ, lây nhiễm, dễ cháy, dễ nổ,

gây ăn mòn, gây ngộ độc hoặc có đặc tính nguy hại khác"

Danh mục CTNH được ban hành kèm theo Thông tư số

12/2011/TT-BTNMT, bao gồm 7 tính chất nguy hại chính,

bao gồm: dễ nổ, cháy, ăn mòn, oxy hóa, độc tính, độc tính

sinh thái, dễ lây nhiễm

• Như vậy, CTNH là CT có tính chất nguy hại (nổ, cháy, ăn mòn,

oxy hóa, độc tính, lây nhiễm) hoặc thành phần nguy hại vượt

ngưỡng cho phép (QCVN 07:2009) gây tổn hại nghiêm trọng

đến sinh vật và MT (không bao gồm CT phóng xạ)

18 Bảng 1 Các loại CTR theo nguồn gốc phát sinh

19

4 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN

4.1 Thành phần của CTR

• Là một thuật ngữ dùng để mô tả tính chất, nguồn gốc các yếu tố

riêng biệt cấu thành nên dòng chất thải, thông thường được tính

bằng phần trăm theo khối lượng

20

• Thành phần CTR rất đa dạng, bao gồm từ rác thải công nghiệp, rác thải (phế thải) xây dựng, rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp

• Thông tin về thành phần CTR rất quan trọng trong việc

Đánh giá và lựa chọn những thiết bị thích hợp để xử lý,

Các quá trình xử lý

Việc hoạch định các hệ thống, chương trình và kế hoạch quản lý chất thải rắn

• Trong các nguồn phát sinh, CTR từ các khu dân cư, khu thương mại chiếm tỉ lệ cao, 50-80%

• Tỉ lệ của mỗi loại chất thải thay đổi, tùy thuộc vào loại hình hoạt động : xây dựng, sửa chữa, dịch vụ hay công nghệ XLNT,

• Thành phần riêng biệt của chất thải rắn thay đổi theo vị trí địa

lý, thời gian, mùa trong năm, điều kiện kinh tế và tùy thuộc vào thu nhập của từng vùng, địa phương, quốc gia…

21

Sự thay đổi thành phần CTR trong tương lai:

• Có ý nghĩa quan trong trong việc:

Hoạch định kế hoạch QLCTR;

Quyết định các dự án, chương trình cho cơ quan quản lý

(thay đổi thiết bị thu gom, vận chuyển và XLCTR)

• Các nước phát triển đang có sự dịch chuyển trong thành phần rác

thải, đặc biệt là 4 loại:

1 Thực phẩm thừa: đã giảm xuống đáng kể, từ 14% (1940)

xuống 9% (1992) do:

otiến bộ KHKT: công nghiệp chế biến thực phẩm, đóng

gói, máy nghiền chất thải nấu bếp, vv

oý thức cộng đồng: ý thức được các vấn đề liên quan đến

MT & có xu hướng sử dụng thực phẩm chế biến sẵn

2 Giấy và carton: gia tăng nhanh chóng trong nửa thế kỉ, từ

khoảng 20% (1940) tăng lên khoảng 40% (1992)

22

Sự thay đổi thành phần CTR trong tương lai:

3 Rác vườn: Lượng rác vườn trong CTR đã tăng đáng kể, đặc biệt tại các nước phát triển do đưa ra luật cấm đốt rác, ví dụ ở

Mỹ hiện nay rác vườn chiếm khoảng 16-24% CTR

4 Nhựa dẻo: gia tăng trong suốt nửa thế kỉ, từ năm 1940 đến năm 1992, thành phần nhựa dẻo trong CTR tăng lên 7-8%, và

dự đoán sẽ tiếp tục tăng trong thời gian tới

• Ở Việt Nam, trong bối cảnh phát theo hướng công nghiệp hóa, thành phần CTR trong rác thải đô thị cũng có sự dịch chuyển đáng kể, đó là:

1. Thực phẩm thừa: giảm mạnh do sự phát triển của ngành

CN thực phẩm;

2. Giấy các loại: tăng mạnh do chủ chương và nhu cầu phát triển giáo dục, và ngành CN đóng gói hàng hóa phát triển;

3. Nylon-nhựa các loại: tăng nhanh do CN đóng gói tăng;

4. Vải: có thể tăng lên do nhu cầu may mặc và xuất khẩu

23

Phương pháp xác định CTR tại hiện trường:

• Thành phần CTR không đồng nhất  xác định thành phần khá

phức tạp

• Dự đoán thành phần CTR hiện tại và trong tương lai  công

việc khó khăn nhất trong thiết kế vận hành hệ thống QLCTR

• Sử dụng phương pháp phần tư trong lấy mẫu CTR:

1. Lấy 100-250 kg CTR từ khu vực nghiên cứu, đổ đống tại

nơi riêng biệt, xáo trộn nhiều lần bằng cách vun thành đống

hình côn và chia thành 4 phần đều nhau;

2. Lấy hai phần chéo nhau và tiếp tục trộn thành 1 đống hình

côn mới Tiếp tục thao tác tới khi được mẫu 20-30kg

3. Sau đó mẫu CTR sẽ được phân loại thủ công thành các loại

riêng và cân ghi lại khối lượng của các thành phần Lặp lại

ít nhất 2 lần để có số liệu chính xác

24 Bảng 2 Thành phần CTR đô thị tại Mỹ

25

4 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN

4.2 Tính chất của CTR

4.2.1 Tính chất vật lý của CTR

• Những tính chất vật lý quan trọng nhất của chất rác thải hữu cơ là

khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước, sự cấp phối hạt, khả năng

giữ ẩm thực tế và độ xốp của chúng

• Khối lượng riêng và độ ẩm được quan tâm nhất trong QLCTR

a) Khối lượng riêng (KLR):

• Được định nghĩa là khối lượng CTR tính trên 1 đơn vị thể tích

(kg/m3)

• Dữ liệu KLR rất cần để ước lượng tổng khối lượng và thể tích rác

cần phải quản lý  tính toán, báo cáo dữ liệu về khối lượng hay

thể tích CTR, giá trị KLR phải chú thích trạng thái (KLR) của

các mẫu rác một cách rõ ràng, vd: trạng thái của chúng như: xốp,

chứa trong các thùng chứa container, không nén, nén…

26

• KLR thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu giữ chất thảicần thận trọng khi lựa chọn giá trị thiết kế

• KLR của chất thải đô thị dao động trong khoảng 180 – 400 kg/m3, điển hình khoảng 300 kg/m3

27

Phương pháp xác định KLR:

• Mẫu CTR có thể tích khoảng 500 lít sau khi xáo trộn đều bằng

kỹ thuật “một phần tư” Các bước tiến hành như sau:

1.Đổ nhẹ mẫu vào thùng thí nghiệm có thể tích đã biết (tốt nhất

là 100 lít) cho đến khi chất thải đầy đến miệng thùng

2.Nâng thùng lên cách mặt sàn khoảng 30 cm và thả rơi tự do

xuống 4 lần

3.Đổ nhẹ mẫu CTR vào thùng thí nghiệm để bù vào chất thải

đã nén xuống

4.Cân và ghi khối lượng của cả vỏ thùng và chất thải

5.Trừ khối lượng cân được ở trên cho khối lượng của vỏ thùng

thí nghiệm thu được khối lượng của chất thải thí nghiệm

6.Chia khối lượng CTR cho thể tích của thùng thí nghiệm thu

được khối lượng riêng của chất thải

7.Lặp lại thí nghiệm ít nhất 2 lần và lấy giá trị KLR trung bình

28

b) Độ ẩm:

• Độ ẩm của CTR được biểu diễn bằng một trong 2 phương

pháp: Phương pháp khối lượng ướt và phương pháp khối

lượng khô

• Theo phương pháp khối lượng ướt: tính theo khối lượng ướt của vật liệu là phần trăm khối lượng ướt của vật liệu  sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quản lý CTR, cách tính như sau:

a= {(w – d )/ w} x 100 (1) Trong đó: a: độ ẩm, % khối lượng ướt W: khối lượng mẫu ướt ban đầu, kg d: khối lượng mẫu sau khi sấy khô ở 105oC, kg

• Theo phương pháp khối lượng khô: tính theo khối lượng khô của vật liệu là phần trăm khối lượng khô vật liệu

29

Bảng 3 Độ ẩm CTR đô thị

30 Bài tập 1: Ước tính độ ẩm (%) của CTR đô thị biết thành phần

khối lượng của chúng?

31

Bài giải:

1 Thiết lập bảng tính dựa

vào các dữ liệu cần thiết

trong công thức tính độ ẩm

2 Xác định độ ẩm của chất

thải sử dụng công thức

tính độ ẩm (1) ở trên:

Độ ẩm CTR (%) =

{(100 – 78,8)/100}x 100

= 21,2%

32

c) Kích thước và cấp phối hạt:

• Kích thước và cấp phối hạt của các thành phần trong CTR rất quan trọng trong việc tính toán và thiết kế phương tiện cơ khí như: thu hồi vật liệu, sử dụng các sàng lọc phân loại bằng máy

• Kích cỡ của rác thải thường không đồng nhất không có lợi cho quá trình phân huỷ rác thải phải cắt để rác có kích cỡ thích hợp để đạt hiệu quả cao, tốt nhất là vào khoảng 5 cm

• Xác định kích thước thành phần bằng phương pháp sau:

SC = (l + w)/2 (2-3)

SC = (l + w + h)/3 (2-4)

SC = (l x w)1/2 (2-5)

SC = (l x w x h)1/3 (2-6)

• Trong đó: SC : kích thước của các thành phần; l : chiều dài, (mm); w : chiều rộng, (mm); h : chiều cao, (mm)

33

d) Khả năng giữ nước thực tế:

• Khả năng giữ nước thực tế của CTR là toàn bộ lượng nước mà

nó có thể giữ lại trong mẫu chất thải dưới tác dụng của trọng

lực

• Đây là một chỉ tiêu quan trọng trong việc tính toán xác định

lượng nước rò rỉ từ bãi rác

• Nước đi vào mẫu CTR vượt quá khả năng giữ nước sẽ thoát ra

tạo thành nước rò rỉ

• Khả năng giữ nước thực tế thay đổi phụ thuộc vào áp lực nén

và trạng thái phân huỷ của chất thải

• Khả năng giữ nước của hỗn hợp chất thải rắn (không nén) từ

các khu dân cư và thương mại dao động trong khoảng 50-60%

34

e) Độ thấm (tính thấm) của chất thải đã được nén:

• Tính dẫn nước của chất thải đã được nén là một tính chất vật lý quan trọng,  chi phối và điều khiển sự di chuyển của các chất lỏng (nước rò rỉ, nước ngầm, nước thấm) và các khí bên trong bãi rác

• Hệ số thấm được tính như sau:

Trong đó: K: hệ số thấm, m2/s C: hằng số không thứ nguyên d: kích thước trung bình của các lỗ rỗng trong rác, m

γ : trọng lượng riêng của nước, kg.m2/s

μ : độ nhớt vận động của nước, Pa.s

k : độ thấm riêng, m2

35

• Cd2 được biết như độ thấm riêng Độ thấm riêng k = Cd2 phụ

thuộc chủ yếu vào tính chất của chất thải rắn bao gồm:

sự phân bố kích thước các lỗ rỗng,

bề mặt riêng,

tính góc cạnh,

độ rỗng

• Giá trị điển hình cho độ thấm riêng k đối với chất thải rắn

được nén trong bãi rác nằm trong khoảng 10-11 ÷ 10-12 m2/s

theo phương đứng và khoảng 10-10 m2/s theo phương ngang

36

4.2.2 Tính chất hóa học của CTR

• Những thông tin về tính chất hóa học của CTR đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá, lựa chọn phương pháp XL và tái sinh

CT

• Ví dụ: nếu CTR dùng làm nhiên liệu đốt phân tích 4 tiêu chí:

phân tích gần đúng-sơ bộ (XĐ sơ bộ hàm lượng CHC);

Điểm nóng chảy của tro;

Phân tích thành phần nguyên tố CTR;

Nhiệt trị của CTR

a) Phân tích gần đúng-sơ bộ:

• Phân tích gần đúng-sơ bộ đối với thành phần có thể cháy được trong CTR bao gồm các thí nghiệm sau:

Độ ẩm: lượng nước mất đi sau khi sấy ở 105oC trong 1h;

Chất dễ bay hơi: Khối lượng bị mất đi khi đem CTR khô nung ở 550oC trong lò kín Phần này là các CHC trong CTR, chiểm khoảng 40-60%, TB là 53%

37

Các bon cố định: lượng các-bon còn lại sau khi đã loại các

chất vô cơ khác (thủy tinh, kim loại, vv) trong tro khi nung ở

905oC , chiếm khoảng 5-12%, trung bình 7% Trong CTR đô

thị, các chất vô cơ này chiểm 15-30%, TB là 20%;

Tro: Khối lượng còn lại sau khi đốt cháy trong lò hở

b) Điểm nóng chảy của tro:

• Được định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó tro được hình thành từ quá

trình đốt cháy chất thải bị nóng chảy và kết dính tạo thành dạng

rắn (xỉ) Nhiệt độ nóng chảy đối với xỉ từ quá trình đốt CTR dao

động 1100 - 1200oC

c) Phân tích thành phần nguyên tố tạo thành CTR:

• Chủ yếu là xác định phần trăm của các nguyên tố C, H, O, N, S

và tro Trong quá trình đốt CTR sẽ phát sinh các chất clo hóa 

cần xác định cả các halogen

• KQ phân tích để mô tả thành phần hóa học của các CHC trong

CTR

38

• KQ phân tích rất quan trong cho việc xác định tỉ số C/N nhằm đánh giá CTR có thích hợp cho quá trình chuyển hóa SH không

Bảng 4 Thành phần nguyên tố của CTR đô thị

39

Bảng 5 Thành phần nguyên tố của CTR đô thị tại Tp HCM

40

Bài tập 2: Xác định thành phần hóa học của một mẫu rác đô thị dựa

vào thông tin về khối lượng ướt, khối lượng khô và nguyên tố hóa học cho trong bảng 2,3 và 4

41

Bài giải 2:

1. Tính khối lượng các nguyên tố hóa học trong thành phần CT

khô

- Khối lượng nước trong CTR: = 79,5 – 59 =20,5g

C H O N S Tro

Thực phẩm thừa 9.0 70 2.7 1.30 0.17 1.02 0.07 0.01 0.14

giây 34.0 6 32.0 13.90 1.92 14.06 0.10 0.06 1.92

Giấy cacton 6.0 5 5.7 2.51 0.34 2.54 0.02 0.01 0.29

vải vụn 2.0 10 1.8 0.99 0.12 0.56 0.08 0.00 0.05

da 0.5 10 0.5 0.27 0.04 0.05 0.05 0.00 0.05

rác vườn 18.5 60 7.4 3.54 0.44 2.81 0.25 0.02 0.33

gỗ 2.0 20 1.6 0.79 0.10 0.68 0.00 0.00 0.02

Tổng cộng 79.5 59.0 27.8 3.7 23.3 0.6 0.1 3.5

Thành phần hóa học (g)

KL ướt,

%

Độ ẩm,

% KL khô

Thành phần

42

2 Tính khối lượng các nguyên tố hóa học có trong CT khô và ướt

3 Tính số mol của các nguyên tố bỏ qua phần tro

Không tính nước Có nước

Tro 3.52 3.52

Khối lượng (g) Thành phần

Không tính nước Có nước

C 12 2.316 2.316

H 1 3.664 5.947

O 16 1.456 2.597

N 14 0.041 0.041

S 32 0.004 0.004

Thành phần Khối lượng Số mol

nguyên tử

43

4 4 Xác định tỷ số mol và công thức hóa học của CTR có và

không có nước, có và không có S

• Công thức hóa học bỏ qua nguyên tố S là:

 Không tính nước: C56H89O35N

 Có tính nước: C56H145O63N

• Công thức hóa học có nguyên tố S là:

 Không tính nước: C639H1011O402N11S

 Có tính nước: C639H1640O716N11S

Chú ý: Công thức hóa học sau khi tính toán đc làm tròn số

Không tính nước Có nước Không tính nước Có nước

Thành phần Tỷ số mol không có S (N=1) Tỷ số mol có S (S=1) 8/2

44

d) Nhiệt trị của CTR:

• Là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng CTR, có thể được XĐ bằng 1 số phương pháp sau:

Sử dụng nồi hơi có thang đo nhiệt lượng

Sử dụng bom nhiệt lượng trong phòng thí nghiệm

Tính toán theo thành phần các nguyên tố hóa học

• Hầu hết nhiệt trị các thành phần hữu cơ trong CTR được đo bằng việc sử dụng bom nhiệt lượng

• Nhiệt trị từ CTR khô được tính từ nhiệt trị rác ướt theo công thức:

Q khô = Qướt x 100/ (100 - % độ ẩm)

• Nhiệt trị từ CTR không tính chất trơ được tính như sau:

Q không trơ = Qướt x 100/ (100 - % độ ẩm - % tro)

45

Bảng 6 Nhiệt trị và hàm lượng chất trơ của các thành phần

trong CTR đô thị

46

• Ngoài ra, nhiệt trị có thể tính gần đúng bằng công thức Dulông cải tiến:

Btu/lb = 145C + 610 (H 2 – 1/8 O 2 ) + 40S + 10N

hoặc Q = 0,556 x{145C + 610 (H2 – 1/8 O2) + 40S +10N}; kCal/kg

Trong đó:

Q : Nhiệt trị (kcal/kg, kJ/kg, 1Btu/lb = 2,326 kJ/kg = 0,556 kCal/kg)

C : % khối lượng Cacbon

H : % khối lượng Hydro

O : % khối lượng Oxy

S : % khối lượng lưu huỳnh

N : % khối lượng Nitơ

Bài tập 3: Ước tính nhiệt trị của CTR đô thị có thành phần khối

lượng như trong bài tập 1

Giải:

Kết quả tính tổng giá trị nhiệt của 100 kg CTR dựa vào nhiệt trị của các thành phần CTR như bảng 6

47

Nhiệt lượng của các thành phần trong CTR đô thị

Thành phần % KL chất trơ Nhiệt trị TB kJ/kg KL ướt, % Nhiệt lượng Kj

Chất hữu cơ

Thực phẩm thừa 5.0 4,652.0 9.0 41,868

giây 6.0 16,747.2 34.0 569,405

Giấy cacton 5.0 16,282.0 6.0 97,692

Nhựa 10.0 32,564.0 7.0 227,948

vải vụn 2.5 17,445.0 2.0 34,890

cao su 10.0 23,260.0 0.5 11,630

da 10.0 17,445.0 0.5 8,723

rác vườn 4.5 6,512.8 18.5 120,487

gỗ 1.5 18,608.0 2.0 37,216

-Thủy tinh 98.0 139.563 8.0 1,117

Can thiếc 98.0 697.800 6.0 4,187

Nhôm 96.0 - 0.5

-KL khác 98.0 697.8 3.0 2,093

Bụi, tro 70.0 6,978.000 3.0 20,934

Tổng cộng 100 1,178,189

48

Giải:

Như vậy nhiệt trị của CTR là:

Qướt = 1.178.189/ 100 = 11.782 kJ/kg = 2.801 kcal/kg

Qkhô = 11.782*100/ (100 – 78,8) = 55.575 kJ/kg

49

Bài tập 4: Ước tính nhiệt trị của một loại CTR có công thức hóa học là

C 760 H 1980 O 875 N 13 S (bao gồm S và nước)

Giải:

1. Xác định thành phần khối lượng của các nguyên tố

2. Xác định nhiệt trị của CTR theo công thức Dulong

= 0,556 x [145(36,6) + 610(7,8-55/8) + 40(0,15)+10(0,76)]= 3.272 kCal/kg

Nhiệt trị tính cho CTR ở bài tập 4 cao hơn vì chỉ tính cho phần hữu

cơ, không tính cho phần tro

Thành phần Số lượng

nguyên tử/mol

Khối lượng nguyên tử

KL từng nguyên tố % LK

N 11.3 14 159 0.76

Tổng cộng 20957 100.00

50

4.2.3 Tính chất sinh học của CTR

• Phần hữu cơ (không kế nhựa, cao su, da) của hầu hết CTR có thể được phân loại về phương diện sinh học như sau:

Các phân tử có thể hòa tan trong nước như: đường, tinh bột, amino axit, các axit hữu cơ;

Bán xenlulo: Các sản phẩm ngưng tụ của 2 đường 5 và 6 các-bon;

Xenlulo: Sản phẩm ngưng tụ của đường glucose 6 cac-bon;

Dầu, mỡ và sáp: Là những este của alcohols và những axit béo mạch dài;

Ligno xenlulo: là kết hợp của lignin và xenlulo;

Protein: chất tạo thành từ sự kết hợp chuỗi các amino axit

• Trong các thành phần hữu cơ của CTR, lignin (trong tế bào gỗ)

là khó phân hủy nhất Chúng ko tan trong nước và axit vô cơ, chỉ bị phân hủy 1 phần trong kiềm bisunfitnatri và H2SO4

các axit thơm

51

• Tính chất quan trọng nhất của CTR đô thị là hầu hết các thành

phần HC có thể được chuyển hóa sinh học  khí, các chất HC

ổn định và các chất vô cơ

• Tính chất khác: tạo mùi hôi và phát sinh ruồi

a) Khả năng phân hủy sinh học của các thành phần hữu cơ

• Hàm lượng các CTR dễ bay hơi (VS)  đánh giá khả năng

phân hủy SH của phần HC;

• Tuy nhiên sử dung VS để đánh giá nhiều khi không chính xác

vì một vài thành phần của VS của CTR nhưng lại khó phân

hủy sinh học, vd: giấy báo, CTR nguồn gốc thực vật, vv

•  hàm lượng lignin của CTR được dùng để ước lượng tỉ lệ

phần dễ phân hủy SH của CTR, cụ thể:

BF = 0,83 – 0,028 LC

Trong đó: BF là tỷ lệ phân hủy SH tính theo VS

0,83 và 0,028 là hằng số thực nghiệm

LC là hàm lượng lignin của VS (% KL khô)

52

• Các thành phân HC trong CTR được chia thành 2 loại:

Phân hủy chậm

Phân hủy nhanh

Bảng 7: Khả năng phân hủy SH của các CHC theo % KL lignin

53

b) Sự phát sinh mùi hôi

• CTR được lưu trữ lâu ở vị trí thu gom, trạm trung chuyển và

bãi chôn lấp  phát sinh mùi hôi, đặc biệt ở vùng nóng ẩm 

kq của phân hủy kỵ khí thành phần HC trong CTR, SO4 bị khử

thành sunfua S2-, sau đó kết hợp với H+  H2S

2CH3CHOHCOOH + SO42-  2CH3COOH + S2- + 2 H2O + 2CO2 (2-8)

Lactic Sunphat Axit Acetic ion Sunphua

4H2 + SO42-  S2- + 4H2O

S2- + 2H+  H2S  mùi hôi

S2- + Fe2+  FeS  muối sunfua ko có mùi hôi

• Sự phân hủy sinh hóa các hợp chất chứa gốc S, có thể tạo các

chất nặng mùi như metyl mercaptan và aminobutyric axit

CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH + 2H CH3SH + CH3CH2CH2(NH2)COOH

Methionin Metyl mercaptan Aminobutyric axit

Metyl mercaptan có thể tiếp tục bị thủy phân

CH3SH + H2O CH4OH + H2S

54

c) Sự phát triển ruồi

• Sinh trưởng và phát triển của ruồi nhặng vào mùa hè tại nơi lưu trữ CTR  vấn đề quan ngại và đáng quan tâm

• Vòng đời của chung 9-11 ngày

• Giai đoạn phát triển ấu trùng khoảng 5 ngày trong các thùng chứa rác  nên thu gom CTR trong thời gian này, để các thùng thu gom rỗng  hạn chế sự di chuyển của ấu trùng