Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải

Rác thải đang trở thành một hiểm hoạ với môi trường vì rác đã có mật ở khắp nơi . Theo thống kê của Hiệp hội quốc tế bảo vệ môi trường và công nghệ môi trường bang Saxon (Đức), năm 2010 Việt Nam thải ra 18,8 triệu tấn chất thải rắn đô thị, trong đó 32% là rác thải xây dựng.

Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Trường Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Trung Tâm Máy – Thiết Bị Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải Lớp Học Phần: 210409801 GVHD: Trần Hoài Đức Nhóm VSTH: nhóm 9 Danh sách nhóm: MSSV 1, Nguyễn Văn Quân (NT) 08212681 2, Hồ Đắc Tính 08104211 3, Nguyễn Hữu Thế 08109331 4, Nguyễn Hữu Nghĩa 08106271 5, Trương Nguyễn Minh Khuê 08102721 6, Ngô Thị Thu Hương 08101901 TP Hồ Chí Minh Ngày 29/11/2010 Trang: 1 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Mục Lục 1, Giới Thiệu Đề Tài……………………………………………………………3 2, Tài nguyên rác thải………………………………………………………… 4 2.1. Phát sinh chất thải rắn ở Việt Nam ……………………………………… 5 2.2 Thực trạng quản lý và tái chế chất thải rắn ở Việt Nam ………………….6 3, Cơ sở quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thả…………………………….,7 3.1 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp sinh học……………………… ,7 3.1.1 Quá trình yếm khí (kỵ khí)………………………………………… .,8 3.1.2 Ứng dụng……………………………………………………………….,11 3.2 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp vật lý…………………………19 3.2.1 Công nghệ đốt rác làm điện………………………………………… .,,18 3.2.2 Biến rác thải và thành điện năng ở Đan Mạch…………………… .,,,,,19 3.2.3 Công nghệ đốt rác…………………………………………………… .,21 3.2 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp hoá học……………………….25 4, Nhận xét và kết luận……………………………………………………….25 Trang: 2 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức 1, Giới Thiệu Đề Tài Trong thời đại công nghiệp vô cùng phát triển như hiện sản xuất ra một lượng hàng hoá khổng lồ để đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng lên của con người. Nền công nghiệp phát triển cũng đặt ra cho con người bài toán nan giải về nguyên, năng lượng phục vụ cho quá trình sản xuất cùng với việc phải giải quyết vấn đề ngày càng bị ôi nhiễm. Trong đó vấn đề năng lượng có tầm ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của quốc gia. Phần lớn nguồn năng lượng hiện nay đang sử dụng từ thuỷ điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, sinh học một lượng nhỏ có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời, gió, thuỷ triều…Hiện nay nguồn năng lượng chủ yếu là nguồn năng lượng hóa thạch gốc cacbon. Dầu mỏ, than và khí chiếm 79,6% sản lượng năng lượng chủ yếu trong năm 2002. Sử dụng nguồn năng lượng này gây ôi nhiễm môi trường rất và không bền vững ( với mức độ sử dụng nhiên liệu hoá thạch như hiện chỉ vài chục năm nữa sẽ cạn kiệt). Chính vì vậy nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu tìm các nguồn năng lượng mới theo hướng thân thiện với môi trường như nhiên liệu sinh học, tổng hợp hidro, nhiên liệu tái chế từ phế thải. Trong đó nhiên liệu tái chế từ thải vừa giải quyết được vấn đề năng lượng đồng thời xử lý được lượng rác thải rất lớn. Đề tài: “Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải ” đã được nhóm sinh viên lớp DHMT4A tìm hiểu qua rất nhiều sách và web để thực hiện đề tài nhưng không tránh khỏi thiếu sót rất mong nhận được đóng góp ý kiến. mọi góp ý xin gửi về địa chỉ: dhmt4a@mail.com Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Hoài Đức đã hướng dẩn thực hiện đề tài này. TP Hồ Chí Minh ngày 25/11/2010 Trang: 3 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức 2. Tài nguyên rác thải Rác thải đang trở thành một hiểm hoạ với môi trường vì rác đã có mật ở khắp nơi . Theo thống kê của Hiệp hội quốc tế bảo vệ môi trường và công nghệ môi trường bang Saxon (Đức), năm 2010 Việt Nam thải ra 18,8 triệu tấn chất thải rắn đô thị, trong đó 32% là rác thải xây dựng. Riêng TP.HCM mỗi ngày thải ra khoảng 7.000 tấn rác. Lượng rác thải đô thị tăng 10% mỗi năm và đến năm 2020 Việt Nam mới thu gom được 90% chất thải rắn đô thị. Trung bình mỗi ngày người dân Hà Nội thải ra khoảng 2.700 tấn rác, trong đó chỉ có 60 tấn rác vô cơ là không thể tái chế cần phải đem chôn lấp, hai loại rác còn lại đều có thể tận dụng để chế biến làm phân bón, nông nghiệp hoặc tái chế thành các sản phẩm có ích. Trung bình một ngày có 230 tấn là lượng rác thải y tế thải ra mỗi ngày trên toàn quốc. Hình 1: Người công nhân thu gom rác thả Trang: 4 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Bảng: 1 Thống kê lượng rác thải sinh ra từ 1991-2002 (sở tài nguyên và môi trường 2002) Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002 KHối lượng rác (tấn) 970.209 980.662 1.063.573 1.180.989 1.368.000 1.537.979 Tấn/ Ngày 2.658 2.686 2.916 3.235 3.747 4.216 Bảng 2: Thành phần rác thải sinh hoạt (sở tài nguyên và môi trường 2002) T hành phần chất thải % khối lượng Rau thực phẩm chất hữu cơ dễ phân huỷ 64.7 Cây gỗ 6.6 Giấy, bao bì giấy 2.1 Plastic khó tái chế 9.1 Cao su, đày dép 6.3 Vải sợi, vật liệu sợi 4.2 Đất đá, bêtông 1.6 Thành phần khác 5.4 2.1. Phát sinh chất thải rắn ở Việt Nam Theo Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004, năm 2004, trên cả nước đã phát sinh 15 triệu tấn chất thải rắn (CTR) trong đó khoảng 250.000 tấn chất thải nguy hại. CTR sinh hoạt (đô thị và nông thôn) chiếm khối lượng lớn với số lượng khoảng 13 triệu tấn, CTR công nghiệp phát sinh vào khoảng 2,8 triệu tấn và CTR từ các làng nghề là 770.000 tấn. Do quá trình đô thị hoá diễn ra mạnh mẽ, tỷ lệ phát sinh CTR sinh hoạt đang tăng nhanh trung bình đạt 0,7-1,0 kg/người/ngày và có xu hướng tăng đều 10-16% mỗi năm. Theo nghiên cứu của Bộ Xây dựng năm 2009, tổng khối lượng CTR phát sinh cả nước năm 2008 vào khoảng 28 triệu tấn, trong đó lớn nhất là CTR đô thị chiếm gần 50%, CTR nông Trang: 5 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức thôn chiếm 30%, lượng còn lại là CTR công nghiệp, y tế và làng nghề. Dự báo tổng lượng CTR cả nước có thể sẽ phát sinh khoảng 43 triệu tấn vào năm 2015, 67 triệu tấn vào năm 2020 và 91 triệu tấn vào năm 2025, tăng từ 1,6 đến 3,3 lần so với hiện nay. 2.2 Thực trạng quản lý và tái chế chất thải rắn ở Việt Nam Quản lý chất thải rắn bao gồm các hoạt động: Phòng ngừa và giảm thiểu phát sinh CTR; phân loại tại nguồn; thu gom, vận chuyển; tăng cường tái sử dụng, tái chế; xử lý và tiêu huỷ. Công tác quản lý chất thải rắn ở Việt Nam hiện nay còn chưa tiếp cận được với phương thức quản lý tổng hợp trên quy mô lớn, chưa áp dụng đồng bộ các giải pháp giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế (3R) để giảm tỷ lệ chất thải phải chôn lấp. Hoạt động giảm thiểu phát sinh CTR, một trong những giải pháp quan trọng và hiệu quả nhất trong quản lý chất thải, còn chưa được chú trọng. Chưa có các hoạt động giảm thiểu CTR sinh hoạt. Ở quy mô công nghiệp, số cơ sở áp dụng sản xuất còn rất ít, khoảng 300/400.000 doanh nghiệp. Hoạt động phân loại tại nguồn chưa được áp dụng rộng rãi, chỉ mới được thí điểm trên qui mô nhỏ ở một số thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh. Tỷ lệ thu gom chất thải ở các vùng đô thị trung bình đạt khoảng 80-82%, thấp nhất là đô thị loại IV (65%), ở Hà Nội cao hơn (90%); ở các điểm dân cư nông thôn ~ 40-55%. Khoảng 60% khu vực ở nông thôn chưa có dịch vụ thu gom chất thải, chủ yêu dựa vào tư nhân hoặc cộng đồng địa ph¬ương. Tỷ lệ thu gom, vận chuyển CTR tuy đã tăng dần song vẫn còn ở mức thấp, chủ yếu phục vụ cho các khu vực đô thị, chưa vươn tới các khu vực nông Trang: 6 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức thôn. Xã hội hóa công tác thu gom, vận chuyển CTR tuy đã được phát triển nhưng chưa rộng và chưa sâu, chủ yếu được hình thành ở các đô thị lớn. Năng lực trang thiết bị thu gom, vận chuyển còn thiếu và yếu, dẫn tới tình trạng tại một số đô thị đã thực hiện phân loại CTR tại nguồn nhưng khi thu gom, vận chuyển lại đem đổ chung làm giảm hiệu quả của việc phân loại. Tái sử dụng và tái chế chất thải mới chỉ được thực hiện một cách phi chính thức, ở qui mô tiểu thủ công nghiệp, phát triển một cách tự phát, không đồng bộ, thiếu định hướng và chủ yếu là do khu vực tư nhân kiểm soát. Công nghệ xử lý CTR chủ yếu vẫn là chôn lấp ở các bãi lộ thiên không đạt tiêu chuẩn môi trường với 82/98 bãi chôn lấp trên toàn quốc không hợp vệ sinh. Các lò đốt rác chủ yếu dành cho ngành y tế và chỉ đáp ứng được 50% tổng lượng chất thải y tế nguy hại. Việc phục hồi môi trường đối với các cơ sở xử lý CTR còn nhiều hạn chế. Tình trạng đổ chất thải không đúng nơi quy định còn xảy ra, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ của cộng đồng. Hình: 2 Các loại rác thải 3. Cơ sở quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thải 3.1 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp sinh học Quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thải theo phương pháp sinh học là nhờ vào khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật trong các điều kiện môi trường khác nhau, Trang: 7 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức 3.1.1 Quá trình yếm khí (kỵ khí): Là các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện hoàn toàn không có oxy. Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được VSV chuyển thành các các chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường, glyxerin, (gọi chung là hydrat cacbon) Giai đoạn 2: là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn metan để chuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH 4 và CO 2 . Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt (lên men axit). Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO 2 , N 2 , H 2 và cả CH 4 (bắt đầu lên men metan). Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu diệt. Các vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO 2 và CH 4 (giai đoạn lên men metan cò gọi là lên men kiềm). a, Các vi sinh vật phân huỷ kỵ khí Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong quá trình kỵ khí như sau: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Trang: 8 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Hình:3 vi khuẩn biến dưỡng cellulose Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Theo A.R.Prevot, chúng có mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosponus. Chúng biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO 2 , H 2 và một số chất tan trong nước như Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Hình: 4 vi khuẩn sinh khí metan Trang: 9 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành 3 bộ (Order), 4 họ (Family), 17 loài (Genus). Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan. Có như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để. Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng CO 2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon. Trong quá trình lên men kỵ khí các loài VSV gây bệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng, Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến 100%. b, Cơ chế của sự tạo thành khí metan Cơ chế 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase: C x H y O z → các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O 4CO + 2H 2 → CH 4 + 3CO 2 4HCOOH → CH 4 + 3CO 2 + 3H 2 O 4CH 3 OH → 3CH 4 + 2H 2 O + CO 2 Trang: 10 Nhóm SVTH: ĐHMT4A [...]... thu gom và vẩn chuyển rác đến bải rác Hình:10 Thu khí sinh ra từ quá trình phân huỷ rác thải ở bải chon lấp Trang: 15 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Hình :11 Bể phân huỷ kỵ khí và thu khí ở các nước phát triển Hình:12 Hệ thống thu hồi khí sau khi phân huỷ kỵ khí Trang: 16 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài... khí thải CO2 Những nhà máy này sạch tới mức lượng CO2 thải ra từ nhà máy thấp hơn cả khói của các gia đình hay khói thải từ bếp nướng thịt ngoài trời Nhờ kỹ thuật này, Đan Mạch nay đã coi chất thải là nguồn năng lượng thay thế, hơn là vấn đề vệ sinh cần phải xử lý Hình:16 Quá trình đốt rác tạo ra điện năng Nguyên lý hoạt động: Trang: 20 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải. .. Đường ống thu khí từ bải chon lấp ở đưới long đất Hình:14 Quá trình tạo năng lượng điện từ rác thải Nhận xét: Ngoài ra rác còn được sử dụng làm phân bón và tái chế lại tiếp tục sử dụng Trang: 17 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Hình:15 Rác chế biến thành phân bón 3.2 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp vật lý 3.2.1 Công nghệ đốt rác làm điện Theo... Trang: 11 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Hình:6 Sử dụng nhiên liệu sau khi lên men Hình:7 Mô hình lên men khí biogas dùng chạy máy phát điện Trang: 12 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức Hình:8 Mô hình lên men khí biogas dùng chạy máy phát điện 1, 2,3, 4, 5, 6, Rác thải trồng trọt và chăn nuôi được thu... rác thì khối lượng chất thải còn lại là 20% dưới dạng khối và được đem chôn, giúp giảm được một lượng đáng kể rác thải vào môi trường Hình:18 Hệ thống đốt rác thải láy nhiệt chạy tubin tạo ra điện Trang: 23 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức 1 Rác được vào lò đốt 2 Rác trở thành nhiên liệu để tạo ra hơi nước 3 Chất rắn sau khi đốt giảm từ 80- 90% 4 Hơi... việc đốt cháy và tổng hợp các chất từ nguồn nhiên liệu này ngày càng làm trái đất trở nên ôi nhiễm Lượng nhiên liệu hoá thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm tới Các nươc đang tìm các nguồn năng lượng như hạt nhân, thuỷ điện, gió, năng lượng mặt trời,thuỷ triều và hidro tổng hợp…Ý tưởng tổng hợp năng lượng từ rác thải cũng đang được các nước rất quan tâm Nguồn năng lượng này sẽ rất phát triển trong tương... chế tự động hóa, rác được chuyển vào hầm chứa để lắng nước thải, sau đó được cầu tự động vào ngăn nhiên liệu, rác được đốt bằng 3 vỉ lò có tác Trang: 22 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức dụng làm khô rác bằng hiệu ứng bức xạ nhiệt, trộn và đánh tơi rác, đốt rác ở nhiệt độ cao và chắt lọc tro Nồi hơi sẽ tự động lấy hơi nóng từ lò đốt rác đưa đến tuabin... các chuyên gia đến từ Nhật Bản, công nghệ đốt rác làm điện vận hành theo cơ chế tự động hóa, rác được chuyển vào hầm chứa để lắng nước thải, sau Trang: 18 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức đó được cầu tự động vào ngăn nhiên liệu, rác được đốt bằng 3 vỉ lò có tác dụng làm khô rác bằng hiệu ứng bức xạ nhiệt, trộn và đánh tơi rác, đốt rác ở nhiệt độ cao... nhiệt tỏa ra càng cao thì sản lượng điện càng lớn, với những loại rác tại nguồn có chứa thủy tinh hoặc chất độc hại như ti vi, tủ lạnh, pin,… thì sẽ cho ra sản lượng điện rất thấp và có khả Trang: 21 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức năng làm giảm tuổi thọ của máy, đòi hỏi phải có sự phân loại rác tại nguồn để loại bỏ những rác có chứa thủy tinh, chất... bón với công suất 800 tấn/ngày (trong đó xử lý 600 tấn rác sinh hoạt, 200 tấn rác hầm cầu) năm 2007 sẽ đi vào hoạt động Nhà máy Trang: 14 Nhóm SVTH: ĐHMT4A Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức sản xuất phân bón này cũng sẽ là nơi sản xuất thêm năng lượng điện Khí gas sản sinh ra trong quy trình sản xuất phân bón từ rác thải sẽ được nén lại để phát điện Quá trình đốt khí ở . ki t) . Chính vì vậy nhi u n c đã ti n hành nghi n c u t m c c ngu n n ng l ng m i theo hư ng th n thi n v i m i trư ng như nhi n li u sinh h c, t ng. l ng hi n nay đang sử d ng t thuỷ i n, nhi t i n, i n h t nh n, sinh h c m t l ng nhỏ c ngu n g c t n ng l ng m t tr i, gió, thuỷ tri u Hi n nay