Xử lý chất thải rắn của các đô thị bằng phương pháp đốt cháy

Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY 1.1 THỰC TRẠNG CHẤT THẢI RẮN TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY Chất thải rắn nỗi lo không riêng Nó toán khó quyền địa phƣơng nhƣ ngành chức năng, làm ảnh hƣởng không nhỏ đến môi trƣờng sống ngƣời Đặc biệt tình trạng đến mức cảnh báo bãi chất thải tự phát không đƣợc xử lý kịp thời mà ngày xuất nhiều vùng nông thôn hay tuyến đƣờng vùng trung tâm thị trấn, thị tứ Tại có chất thải khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, làng nghề, chất thải từ sinh hoạt, chăn nuôi, bao bì thuốc bảo vệ thực vật sản xuất nông nghiệp Đã đến lúc phải đề cao việc bảo vệ để cứu lấy môi trƣờng Quá trình phát sinh chất thải rắn (CTR) gắn liền với trình sản xuất sinh hoạt ngƣời Theo công trình khảo sát chất thải toàn cầu tổ chức Hàng hải quốc tế thống kê, tạo tổng sản phẩm quốc nội (GDP) khoảng tỉ USD làm phát sinh khoảng 4.500 chất thải công nghiệp, 20% chất thải nguy hại (CTNH) [10] Theo thống kê trung tâm nghiên cứu quy hoạch môi trƣờng đô thị - nông thôn, Xây dựng, năm 2004 lƣợng CTR đô thị bình quân khoảng 0,9 – 1,2 kg/ngƣời/ngày đô thị lớn, dao động từ 0,5 đến 0,65 kg/ngƣời/ngày đô thị nhỏ năm 2008 số tăng lên 1,45 kg/ngƣời/ ngày khu vực đô thị 0,4 kg/ngƣời/ngày khu vực nông thôn [10] Theo báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2010 Bộ TN&MT, phạm vi toàn quốc, từ năm 2003 đến năm 2008 lƣợng CTR phát sinh trung bình tăng từ 150 ÷ 200%, CTR sinh hoạt đô thị tăng 200%, CTR công nghiệp tăng 181%, tiếp tục gia tăng thời gian tới, bảng 1-1 Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Bảng 1-1 Lượng chất thải phát sinh năm 2003 năm 2008 Loại CTR Đơn vị tính Năm 2003 Năm 2008 CTR đô thị 6.400.000 12.802.000 CTR công nghiệp 2.638.400 4.786.000 CTR y tế 21.500 179.000 CTR nông thôn 6.400.000 9.078.000 CTR làng nghề 774.000 1.023.000 TỔNG CỘNG 15.459.900 27.868.000 Phát sinh CTR sinh hoạt trung kg/ngƣời/ngày 0.8 1.45 kg/ngƣời/ngày 0.3 0.4 bình khu vực đô thị Phát sinh CTR sinh hoạt trung bình khu vực nông thôn Cũng theo dự báo Xây dựng TN&MT, đến năm 2015, khối lƣợng chất thải rắn ƣớc tính khoảng 44 triệu tấn/năm, đặc biệt CTR đô thị công nghiệp [1], hình 1-1 Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Hình 1-1 Biểu đồ trạng phát sinh CTR vùng kinh tế nước ta dự báo tình hình thời gian tới Lƣợng CTR phát sinh lớn nhanh chủ yếu CTR sinh hoạt vùng đô thị nông thôn Theo trung tâm nghiên cứu quy hoạch môi trƣờng đô thị - nông thôn, tổng lƣợng CTR sinh hoạt đô thị phát sinh toàn quốc năm 2008 khoảng 35.100 tấn/ngày, CTR sinh hoạt khu vực nông thôn khoảng 24.900 tấn/ngày Các kết nghiên cứu lƣợng phát sinh CTR đô thị cho thấy rằng, tổng lƣợng rác thải sinh hoạt phát sinh từ đô thị có xu hƣớng tăng đều, trung bình từ 10 – 16% năm [1] Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Hình 1-2 Thành phần CTR toàn quốc năm 2008 xu hướng thay đổi thời gian tới Song song với CTR sinh hoạt CTR công nghiệp CTNH đƣợc phát sinh Tuy số lƣợng không nhiều nhƣng lại có mức độ gây nguy hiểm ô nhiễm cao Tính phạm vi toàn quốc, năm 2008, khối lƣợng CTR công nghiệp vào khoảng 13.100 tấn/ngày tiếp tục gia tăng thời gian tới Theo thống kê, CTR công nghiệp tập trung chủ yếu hai vùng kinh tế trọng điểm Bắc phía nam Trong đó, ngành công nghiệp nhẹ, hóa chất, luyện kim ngành phát sinh CTR nhiều Đặc biệt, CTR hầu hết làng nghề chƣa đƣợc thu gom triệt để Nhiều làng nghề xả thải trực tiếp, gây ô nhiễm môi trƣờng không khí, đất, nƣớc tác động xấu đến cảnh quan Theo thống kê, tổng lƣợng CTR nguy hại phát sinh từ làng nghề toàn quốc vào khoảng 2.800 tấn/ngày [1], đó, làng nghề miền bắc phát sinh nhiều CTNH nhất, đặc biệt làng nghề tái chế kim loại, đúc đồng với nguồn CTR phát sinh bao gồm bavia, bụi kim loại, phôi, rỉ sắt, lƣợng phát sinh khoảng 1÷7 tấn/ngày Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Hình 1-3 CTR công nghiệp năm 2008 vùng kinh tế Bảng 1-2 Khối lượng CTR công nghiệp phát sinh số tỉnh năm 2009 [1] Khối lƣợng CTR Tỉnh/Thành phố Khối lƣợng CTR công nghiệp Tỉnh/Thành phố (tấn/năm) công nghiệp (tấn/năm) Hồ Chí Minh 737 500 Bình Dƣơng 383 980 Cao Bằng 57 634 An Giang 43 205 Điện Biên 33 500 Vĩnh Long 008 Sơn La 210 Bạc Liêu 160 Nam Định 349 Long An 40 365 Nghệ An 876 Sóc Trăng 57 408 Quảng Bình 78 767 Cà Mau 60 219 Theo thống kê năm 2005 lƣợng chất thải lĩnh vực y tế khoảng 300 tấn/ngày, có 40 ÷ 50 tấn/ngày CTR y tế nguy hại phải xử lý Đến năm Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 2008, tổng lƣợng CTR y tế phát sinh 490 tấn/ngày, có khoảng 60 ÷ 70 tấn/ngày CTR y tế nguy hại phải xử lý [1] Hình 1- CTR y tế gia tăng số địa phương giai đoạn 2005 – 2009 Bảng 1-3 Khối lượng CTR y tế phát sinh số địa phương năm 2009 [1] Tỉnh/Tp Khối lƣợng chất Tỉnh/Tp Khối lƣợng chất thải y tế thải y tế (tấn/năm) (tấn/năm) Hồ Chí Minh 2800 Bình Dƣơng 1241 Cao Bằng 175,9 An Giang 320,1 Điện Biên 79,1 Vĩnh Long 340,26 Sơn La 175 Bạc Liêu 134,8 Nam Định 488 Long An 369 Nghệ An 187,6 Sóc Trăng 266,7 Quảng Bình 46,4 Cà Mau 159,5 Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Nhƣ vậy, theo số liệu thống kê bảng thấy rằng, lƣợng CTR không ngừng phát sinh có chiều hƣớng tăng nhanh Nếu biện pháp thu gom, xử lý quản lý chất thải không hiệu chất thải nguồn gây ô nhiễm nặng cho môi trƣờng, ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe cộng đồng nhƣ hoạt động toàn xã hội 1.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN PHỔ BIẾN HIỆN NAY Hiện nay, Việt Nam tồn nhiều phƣơng pháp xử lý chất thải rắn với quy mô khác nhƣ chôn lấp, xử lý sinh học, công nghệ plasma, ủ copmost, đốt trực tiếp … Dƣới phần giới thiệu tổng quan số phƣơng pháp xử lý chất thải rắn 1.2.1 Phân loại xử lý học Đây khâu ban đầu thiếu quy trình xử lý chất thải Biện pháp làm tăng hiệu tái chế xử lý bƣớc Các bƣớc, xử lý học chất thải bao gồm: cắt, nghiền, sàng, tuyển từ, tuyển khí nén… Ví dụ, loại chất thải có kích thƣớc lớn thành phần khác phải đƣợc phân loại tiếp nhận Các chất thải rắn chứa chất độc hại (nhƣ muối cyanua rắn) cần phải đƣợc đập thành hạt nhỏ trƣớc đƣợc hòa tan để xử lý hóa học Các chất thải hữu dạng rắn có kích thƣớc lớn phải đƣợc băm nghiền nhỏ đến kích thƣớc định, trộn với chất thải hữu khác để đốt… 1.2.2 Phƣơng pháp thiêu đốt Đốt trình oxy hóa chất thải nhiệt độ cao Phƣơng pháp phù hợp để xử lý CTRCN CTNH hữu nhƣ cao su, nhựa, giấy, da, cặn dầu, dung môi, thuốc bảo vệ thực vật đặc biệt chất thải y tế lò đốt chuyên dụng công nghiệp nhƣ lò nung xi măng Theo tài liệu kỹ thuật thiết kế lò đốt chất thải phải đảm bảo yêu cầu bản: cung cấp đủ oxy cho trình Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt nhiệt phân cách đƣa vào buồng đốt lƣợng không khí dƣ; trình cháy phải đƣợc trì ổn định lò đốt đủ để đốt cháy hoàn toàn khí sinh (thông thƣờng giây); nhiệt độ phải đủ cao (thông thƣờng cao 10000C) [6] Phƣơng pháp thiêu đốt có nhiều ƣu điểm nhƣ khả tận dụng nhiệt, xử lý triệt để khối lƣợng, sẽ, không tốn đất để chôn lấp nhƣng có số hạn chế nhƣ chi phí đầu tƣ, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo sản phẩm phụ nguy hiểm 1.2.3 Phƣơng pháp xử lý hóa – lý Phƣơng pháp hóa – lý sử dụng trình biến đổi vật lý, hóa học để làm thay đổi tính chất chất thải nhằm mục đích giảm thiểu khả nguy hại chất thải môi trƣờng Phƣơng pháp phổ biến để thu hồi, tái chế chất thải, đặc biệt số loại CTNH nhƣ dầu, mỡ, kim loại nặng, dung môi Phƣơng pháp hóa lý để tái chế, thu hồi chất thải thực mang lại hiệu kinh tế môi trƣờng nhà máy xử lý chất thải quy mô lớn, đầu tƣ công nghệ thu hồi sản phẩm từ chất thải Một số biện pháp hóa – lý thông dụng xử lý chất thải nhƣ sau: Trích ly: trình tách cấu tử khỏi hỗn hợp nhờ dung môi có khả hòa tan chọn lọc số chất hỗn hợp Trong xử lý chất thải, trình trích ly thƣờng đƣợc ứng dụng để tách thu hồi chất hữu có lẫn chất thải dầu mỡ, dung môi, hóa chất bảo vệ thực vật… Sau trích ly, ngƣời ta thƣờng thu hồi lại dung môi cách chƣng cất hỗn hợp Sản phẩm trích ly lại đƣợc tái sử dụng xử lý cách khác Chƣng cất: trình tách hỗn hợp chất lỏng bay thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác nhau, nhiệt độ sôi khác cấu tử chứa hỗn hợp đó, cách lặp lặp lại nhiều lần bay ngƣng tụ Quá trình chƣng cất dựa sở cấu tử hỗn hợp lỏng có áp suất Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt khác nhau, đun nóng, chất có nhiệt độ sôi thấp bay trƣớc đƣợc tách riêng khỏi hỗn hợp Trong thực tế xử lý chất thải, trình chƣng cất thƣờng gắn với trích ly để tăng cƣờng khả tách sản phẩm Kết tủa, trung hòa: dựa phản ứng tạo sản phẩm kết tủa lắng chất bẩn hóa chất để tách kết tủa khỏi dung dịch Quá trình thƣờng đƣợc ứng dụng để tách kim loại nặng chất thải lỏng dạng hydroxyt kết tủa muối không tan Ví dụ nhƣ việc tách Cr, Ni nƣớc thải mạ điện nhờ phản ứng Ca(OH)2 với Cr3+ (khử từ Cr6+) Ni2+ tạo kết tủa Cr(OH)3, Ni(OH)2 lắng xuống, lọc tách đem xử lý tiếp để trở thành Cr2O3 NiSO4 đƣợc sử dụng làm bột màu, mạ Ni Oxy hóa – khử: trình sử dụng tác nhân oxy hóa – khử để tiến hành phản ứng oxy hóa – khử, chuyển chất thải độc hại thành không độc hại độc hại Các chất oxy hóa – khử thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ Na2S2O4, NaHSO3, H2, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O3, Cl2 Trong thực tế xử lý chất thải, trình oxy hóa với tác nhân khử nhƣ Na2S2O4, NaHSO3, H2 thƣờng đƣợc ứng dụng để xử lý kim loại đa hóa trị nhƣ Cr, Mn, biến chúng từ mức oxy hóa cao, dễ hòa tan nhƣ Cr6+, Mn7+ trở dạng oxyt bền vững, không hòa tan Cr3+, Mn4+ Ngƣợc lại trình khử, với tác nhân oxy hóa nhƣ KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O3, Cl2 cho phép phân hủy chất hữu nguy hại nhƣ phenol, mercaptan, thuốc bảo vệ thực vật cyanua thành sản phẩm độc hại 1.2.4 Phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh Chôn lấp hợp vệ sinh biện pháp tiêu hủy chất thải đƣợc áp dụng rộng rãi giới Trƣớc đây, nhiều quốc gia tiên tiến nhƣ Anh, Nhật dùng biện pháp chôn lấp, kể số loại chất thải hạt nhân, lây nhiễm độc hại Trƣớc chôn lấp chất thải phải đƣợc cách ly an toàn vật liệu phù hợp nhƣ chì, Hoàng Xuân Hòa Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt bêtông nhiều lớp để chống phóng xạ Theo phƣơng pháp này, CTRCN CTNH dạng rắn sau cố định dạng viên đƣợc đƣa vào hố chôn lấp có lớp lót chống thấm, có hệ thống thu gom nƣớc rò rỉ để xử lý, có hệ thống thoát khí, có giếng khoan để giám sát khả ảnh hƣởng đến nƣớc ngầm Địa điểm xây dựng bãi chôn lấp CTRCN CTNH phải cách xa khu dân cƣ lớn km; giao thông thuận lợi, đất phải ổn định, chống thấm tốt, mực nƣớc ngầm thấp… Việc xây dựng hố chôn lấp CTRCN CTNH phải theo quy chuẩn thiết kế kích thƣớc, độ dốc, lớp chống thấm đáy vách, xử lý nƣớc rò rỉ, khí gas… Để tăng cƣờng hiệu sử dụng hố chôn, việc chôn lấp CTRCN CTNH thƣờng kết hợp với cố định hóa rắn chất thải trƣớc chôn thông qua việc đƣa thêm chất liệu khác vào chất thải để làm thay đổi tính chất vật lý, tăng sức bền, giảm độ hòa tan, giảm độ lan truyền chất thải độc hại môi trƣờng Biện pháp thƣờng đƣợc áp dụng trƣờng hợp sử dụng biện pháp cải tạo sinh học hay đốt chất thải Vật liệu để đóng rắn phổ biến ximăng, trộn thêm vào vài chất vô khác để tăng độ ổn định kết cấu Tỷ lệ ximăng phối trộn nhiều hay tùy thuộc vào loại CTNH cụ thể Thông thƣờng sau đóng rắn hoàn toàn, ngƣời ta tiến hành kiểm tra khả hòa tan thành phần độc hại mẫu cách phân tích nƣớc dịch lọc để xác định số tiêu đặc trƣng so sánh với tiêu chuẩn, đạt tiêu chuẩn đƣợc phép chôn bãi rác công nghiệp, không đạt phải tăng thêm tỷ lệ ximăng đạt tiêu chuẩn 1.3 XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT 1.3.1 Cơ sở lý thuyết trình cháy chất thải Cháy trình phản ứng hoá học xảy thành phần cháy đƣợc có nhiên liệu với oxy, sinh lƣợng nhiệt lớn phát ánh sáng Sản Hoàng Xuân Hòa 10 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Phương pháp giảm phát thải dioxin lò đốt chất thải rắn Để loại bỏ Dioxin, Furan hợp chất hữu khỏi khói thải ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp hấp phụ Ở Nhật bản, Mỹ, Đức, Canada thƣờng sử dụng than hoạt tính thiết bị hấp phụ khí Dioxin Furan từ lò đốt chất thải rắn Khi đó, nồng độ Dioxin giảm đƣợc tới 0,1 ng tƣơng đƣơng/ m3 khói thải kim loại nặng đƣợc khử [6] Ngoài ra, ta hạn chế nồng độ chất độc hại Dioxin Furan sinh lò đốt chất thải rắn cách sử dụng lò đốt áp suất âm kiểm soát điều chỉnh nhiệt độ phù hợp nhiệt phân rác Theo Kusukusu [13], với lò đốt sử dụng áp suất âm hàm lƣợng dioxin/furan thấp hàng trăm lần so với lò đốt thông thƣờng, ng-TEQ/Nm3 so với 0,043-0,072 ng-TEQ/Nm3 Cũng theo Kusukusu, nhiệt phân rác vùng 300 - 500°C nghèo oxy giảm hàm lƣợng dioxin/furan khói thải Theo QCVN 30-2010 [19], yêu cầu lò đốt chất thải rắn có hai buồng, buồng đốt chất thải rắn (buồng sơ cấp), buồng đốt khói (buồng thứ cấp) thời gian lƣu cháy 1.5-2s Buồng thứ cấp phải trì nhiệt độ 1050 ÷ 1200°C để đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ, đặc biệt Dioxin Bằng phƣơng pháp nguyên tử đánh dấu, H Miller cộng [8] nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố nhiệt độ, thời gian lƣu cháy nồng độ oxy đến phân hủy dioxin Kết cho thấy, 950°C, thời gian lƣu cháy 1s nồng độ oxy dƣới 7%, dioxin bị phân hủy hoàn toàn Sự tái hợp dioxin xảy nồng độ oxy buồng đốt lên tới 10-21% nhiệt độ 950°C đặc biệt phản ứng tái hợp xảy mạnh nhiệt độ đạt 600°C Các kết nghiên cứu khác Ryuzo Takeshito cộng [20] nhận thấy, nồng độ dioxin/furan khói thải có liên quan chặt chẽ đến nồng độ khí CO HCl Nồng độ CO HC1 cao, nồng độ Dioxin/Furan lớn yếu tố ảnh hưởng đến phát sinh chất thải lò Hoàng Xuân Hòa 86 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Thành phần hàm lƣợng khói thải sinh từ lò đốt chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố sau: - Thành phần chất thải nhiên liệu bổ sung đưa vào buồng đốt - Phương thức cấp chất thải vào lò - Nhiệt độ đốt: Nhiệt độ đốt đủ cao giúp cho trình phá hủy chất thải rắn xảy triệt để nhanh chóng Nhiều tài liệu cho thấy với nhiệt độ buồng đốt khoảng 950oC đến 1200oC hạn chế phát thải Dioxin Furan - Lượng oxy cung cấp - Thời gian lưu khói lò đốt:với thời gian đốt dài chất thải rắn bị phá hủy tốt thời gian lƣu pha khí phải đủ lớn để phá hủy chất khí độc hại nói chung thời gian lƣu khói vào khoảng đến giây 4.2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÓI THẢI Hệ thống gồm: Thiết bị lọc bụi tĩnh điện, Thiết bị hấp thụ SO2 đá vôi, vôi nung CaO – NaOH, Thiết bị khử Dioxin/Furan, Thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử ammoniac (SCR) 4.2.1 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện Để làm bụi với lƣu lƣợng khói: 24152 m3/h vận tốc khí điện trƣờng theo kinh nghiệm thực tế lấy bằng: 0,45m/s Khi diện tích cần thiết tiết diện tích cực lọc tĩnh điện bằng: = 14,908 m2 Vậy đặt tĩnh điện dạng: o - - 16 với diện tích tiết diện 16 m2 Với thiết bị mức độ lọc bụi đạt: 97% Diện tích tiết diện cực: 16 m2 Số cực: Khoảng cách điện cực tên: 260 mm Chiều cao tích cực điện cực: 4,5 m Chiều dài tích cực điện cực: 1,5 m Hoàng Xuân Hòa 87 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Tổng diện tích điện cực lắng: 760 m2 Kích thƣớc điện cực: d = 14,4 m; h = 12,6 m; r = m Xử lý SO2 phƣơng pháp hấp thụ 4.2.2 Thiết bị hấp thụ SO2 đá vôi, vôi nung CaO - NaOH - Thiết bị xử lý khí SO2 đá vôi, vôi nung nƣớc vôi trong: Xử lý SO2 vôi phƣơng pháp đƣợc áp dụng rộng rãi công nghiệp hiệu xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền có sẵn nơi Trong tháp hấp thụ, dòng khí thải mang khí SO2 từ dƣới lên qua phận phân phối khí, dòng dung dịch hấp thụ từ xuống qua hệ thống giàn phun Khi SO2 tiếp xúc với dung dịch hấp thụ xảy trình hấp thụ SO2 tạo thành thạch cao, dòng khí qua khử ẩm ngoài, dung dịch sau hấp thụ đƣợc trộn với dung dịch hấp thụ tiếp tục đƣợc sử dụng đến nồng độ thạch cao dung dịch 60 % đƣợc tháo nhờ hệ thống tách thạch cao Các phản ứng hóa học xảy trình xử lý nhƣ sau: CaCO3 + SO2CaCO3 + CO2 CaO + SO2 CaSO3 2CaSO3 + O2 2CaSO4 Hiệu hấp thụ SO2 sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động hệ thống không vƣợt 20 mm H2O Nguyên liệu vôi đƣợc sử dụng cách hoàn toàn, cụ thể cặn bùn từ hệ thống xử lý thải đƣợc sử dụng làm chất kết dính xây dựng sau chuyển sunfit thành sunfat lò nung Ƣu điểm: - Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tƣ ban đầu không lớn, chế tạo thiết bị vật liệu thông thƣờng, không cần đến vật liệu chống axit không chiếm nhiều diện tích xây dựng - Hiệu xử lý cao, tiêu tốn chất hấp thụ điện tiêu thụ thấp - Độ tin cậy giá trị lợi ích cao, sản phẩm phụ có độ ổn định cao Hoàng Xuân Hòa 88 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 4.2.3 Thiết bị khử Dioxin/Furan - Hạn chế phát sinh Dioxin/Furan trình đốt - Xử lý khói thải: kỹ thuật thƣờng dùng phƣơng pháp hấp thụ để loại bỏ Dioxin, Furan hợp chất hữu khỏi khói thải Phƣơng pháp dựa tính chất thu hút giữ lại chất độc hại bề mặt lỗ rỗng vật liệu xốp nhƣ than hoạt tính, than sơ dừa…Hiệu qủa hấp thụ thiết bị thụ thuộc vào hai yếu tố hoạt động chất hấp thụ động lực học trình hấp thụ Vật liệu hấp thụ có khả hấp thụ cao, rẻ tiền đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp than hoạt tính Thiết bị hấp thụ chia làm ba loại: + Thiết bị hấp thụ có lớp vât liệu hấp phụ cố định: Thiết bị có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp lên thƣờng đƣợc lắp đặt cho lò đốt chất thải rắn công suất nhỏ vừa, vận hành theo chu kỳ + Thiết bị hấp thụ có lớp vật liệu chuyển động: thiết bị đƣợc sử dụng cho lò đốt chất thải rắn công suất lớn, hoạt động liên tục Quá trình hấp thụ xẩy đồng tất hạt vật liệu nên hiệu hấp thụ cao + Thiết bị hấp phụ tầng sôi: Thiết bị hấp thụ tầng sôi đƣợc ứng dụng cho lò đốt chất thải rắn công suất lớn + Quá trình hoàn nguyên vật liệu hấp thụ: hoàn nguyên vật liệu hấp phụ trình tách chất độc hại bị hấp thụ khỏi vật liệu hấp thụ trả lại độ hoạt tính ban đầu chất hấp thụ, đồng thời thu gom vô hiệu hóa ảnh hƣởng khí thải đến môi trƣờng 4.2.4 Thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử ammoniac; ( SCR) Vấn đề tách NOx khỏi khói thải tách NO chiếm chủ yếu Khí NO hòa tan nƣớc, biện pháp rửa không phù hợp Ở ta dung phƣơng pháp hoàn nguyên có xúc tác nhóm xúc tác oxit kim loại Hoàng Xuân Hòa 89 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt + Hoàn nguyên có xúc tác (SCR –Selective catalytic NOx removal system): dòng khí thải qua thiết bị khử NOx NH3 với lớp xúc tác, NOx bị phân hủy thành N2 H2O Ammoniac chất khử có khả phản ứng chọn lọc với NO NO2 nhiệt độ cao >232 0c Quá trình khử đƣợc thực bề mặt xúc tác tạo thành Nito nƣớc theo phản ứng sau: Khi có mặt oxy: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O Phản ứng phụ không mong muốn: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O Khi mặt oxy: 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O - Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe2O3/Cr2O3, V2O5/ TiO2…Nhiệt độ làm việc từ 300-450 0C * Thuyết minh sơ đồ làm việc hệ thống: Khói thải khỏi lò đƣợc đƣa vào lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi Khi dòng khí mang bụi vào thiết bị, nhờ có điện trƣờng mạnh phân tử khí bị ion hóa nhiểm điện âm di chuyển điện cực lắng Trên đƣờng di chuyển phân tử khí truyền điện tích âm cho hạt bụi tác dụng va chạm khếch tán ion Các hạt bụi nhiễm điện âm di chuyển cực lắng đọng lại bề mặt điện cực, sau khoảng thời gian đó, bụi đƣợc giũ nhờ hệ thống rung, gõ Dòng khí thải sau qua khỏi lọc tĩnh điện nhiệt độ cao nên ta phải cho hạ nhiệt độ dòng khí trƣớc vào tháp hấp thụ nhằm giảm lƣu lƣợng khí thải vào thiết bị nên giảm đƣợc kích thƣớc thiết bị kích thƣớc đƣờng ống dẫn Chất tải nhiệt dùng nƣớc, vừa rẻ tiền lại có sẵn hệ thống cấp nƣớc nhà máy Nƣớc nóng sau tải nhiệt cấp cho lò hơi, phần cung cấp nƣớc nóng cho việc tắm rửa, sinh hoạt Hoàng Xuân Hòa 90 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Dòng khí bụi đƣợc hạ nhiệt độ thiết bị TĐN (Nhƣ ta biết trình hấp thụ SO2 xảy nhiệt độ thấp) ngoài, nhờ sức hút quạt đƣợc đƣa vào tháp hấp thụ SO2 Trong tháp hấp thụ, dòng khí từ dƣới lên dung dịch sữa vôi đƣợc phun từ xuống nhờ hệ thống giàn phun Khí SO2 tiếp xúc với Ca(OH)2 xảy phản ứng mà sản phẩm tạo thành bùn thạch cao Bùn thạch cao theo dòng lỏng xuống đáy tháp đƣợc tháo theo định kì Sau xử lý SO2, dòng khí chứa NOx trƣớc vào tháp khử ta cho dòng khói qua trao đổi nhiệt khói hơi, để sấy nóng không khí cung cấp cho buồng đốt Dòng khí sau qua thiết bị trao đổi nhiệt khói đƣợc đƣa đến thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử đƣợc sử dụng amoniac xúc tác V2O5 Ở nhiệt độ cao 300 0C NH3 có khả phản ứng chọn lọc với NO NO2 Quá trình khử đƣợc thực bề mặt xúc tác V2O5 tạo thành Nitơ nƣớc Khí lên qua khử ẩm (để tách nƣớc bùn dính khí) qua ống khói nhờ sức đẩy quạt Ống khói có nhiệm vụ vận chuyển dòng khí thải môi trƣờng độ cao định, đảm bảo chất ô nhiểm lại không gây tác hại đến môi trƣờng không khí xung quanh Hoàng Xuân Hòa 91 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Khí thải lò Lọc bụi tĩnh điện Tro, bụi Tháp rửa Nƣớc TB TĐN Nƣớc nóng Quạt ly tâm Tháp Dung dịch sữa vôi Không khí Hấp thụ SO2 Thiết bị trao đổi nhiệt khói, Thạch cao Không khí nóng Tháp Khử NOx Dung dịch NH3 Ống khói Hình 5-3 Sơ đồ dây chuyền xử lý khí thải Hoàng Xuân Hòa 92 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 4.3 HỆ THỐNG THOÁT KHÓI Lưu lượng khói vào kênh Gkt = 6,15 + 12,7* Trong m3/s = 160 kg/h = 0,044 kg/s lƣợng nhiên liệu tiêu hao 1h (đã tính đến hệ số dự trữ) Gkt = 6,15 + 12,7*0,044 = 6,708 m3/s Tiết diện ống khói Tiết diện ống khói định tốc độ khói thải m2 Fk = Trong đó: Gkt – lƣu lƣợng thể tích khói thải qua ống m3/s - Tốc độ khói khỏi ống; chọn = 11m/s [25] = 0,6 m2 Fk = Đƣờng kính miệng ống khói : de = √ = 1,128 √ de = 1,128 √ = 0,87 m Ống khói đƣợc gia công thép, nên dƣờng kính chân ống khói không thay đổi đƣờng kính miệng [25] Chiều cao tối thiểu ống khói Các chất độc hại có khói lò chủ yếu tro bụi chất khí SOx, NOx, v.v…nhằm đảm bảo vệ sinh môi trƣờng xung quanh với lò suất 11 t/h chọn H = 45 m [25] Hoàng Xuân Hòa 93 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * KẾT LUẬN Để đốt 8.000 kg/h chất thải rắn đô thị có tận dụng nhiệt để phát điện áp dụng hệ thống bao gồm phận sau đây: Lò đốt - Kích thƣớc ghi: + Chiều dài: 9,3m; Chiều rộng: 3,5m - Hệ thống cung cấp nhiên liệu bổ sung: + Số lƣợng vòi dầu: 02; Nhiên liệu: Dầu FO; Lƣu lƣợng: 2,23 *10-5 m3/s Lò + Với suất: 11t/h; Nhiệt độ: 4000C; Áp suất: 40bar Tuabin hơi: + Số lƣợng: 01; Dạng: Tuabin ngƣng hơi; Công suất điện: 2,5MW; Lƣu lƣợng hơi: 11.000 kg/h; Áp suất đầu tuabin: 38bar; Nhiệt độ đầu vào tuabin: 3980C Lọc bụi tĩnh điện: + Số lƣợng: 01bộ + Diện tích tiết diện là: 16 m2 + Mức độ lọc bụi đạt: 97% + Diện tích tiết diện cực: 16 m2 Xử lý khí: + Thiết bị hấp thụ SO2 đá vôi, vôi nung CaO – NaOH Hoàng Xuân Hòa 94 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt + Thiết bị khử Dioxin/Furan than cốc hoạt tính + Thiết bị khử NOx chất khử amoniac:( SCR) ** KIẾN NGHỊ - Cần cải tiến hệ thống thu gom phân loại chất thải từ đầu nguồn - Tiếp tục nghiên cứu cộng nghệ để xử lý khói, bụi cách triệt để - Tiếp tục nghiên cứu phƣơng án tận dụng nhiệt cách hiệu - Cần có nguồn vốn phù hợp Hoàng Xuân Hòa 95 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ tài Nguyên môi trƣờng, Báo cáo môi trường quốc gia, năm 2010 [2] Báo cáo môi trƣờng Quốc gia 2011- Chất thải rắn [3] Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lƣơng Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dƣơng Đức Hồng, Kỹ thuật Môi trường, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005 [4] Hoàng Kim Cơ, Đỗ Ngân Thanh, Dƣơng Đức Hồng, Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim, Nhà xuất giáo dục 2000 [5] Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí xử lý khí thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2000 [6] GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng, Báo cáo Đề tài: Nghiên cứu Công nghệ lò đốt xử lý khói thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam (2001), Tập 1: Cơ sở khoa học Công nghệ đốt Công nghệ xử lý khói thải lò đốt, (2003), Tập 2: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo xây lắp lò đốt thực nghiệm Sóc Sơn – Hà Nội, Trƣờng Đại học Xây dựng [7] Karl J Thome - Kozmiensky, Thermische Abfallbehandlung Straβe des 17 Juni 135, Sekr.KF5.D – 10623 Berlin, 1994 [8] H Miller, S Marklund, I Bjerle, C Rapper, Correlation of Incineration Parameters for the destruction of polychlorinated dibenzo-p-dioxins, Chemosphere VA 8, Issues 7, 8-1998, p 1485-1489 [9] http://www.mindfully.org/Air/Incinerator-Dioxin-ExposureMar01.htm [10] http://www.hmmco.co.kr [11]http://tusach.thuvienkhoahoc.com/wiki/T%C3%ACm_hi%E1%BB%83u_v%E 1%BB%81_dioxin Hoàng Xuân Hòa 96 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt [12] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [13] Kusukusu Industry Co., Ltd, Kusukusu Incinerator, Control Dioxin [14] Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, Kĩ thuật nhiệt, NXB Giáo dục [15] Trần Gia Mỹ, Kỹ thuật cháy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2005 [16] Trịnh Bá Trinh,Chuyển hóa chất hữu độc môi trường, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2004 [17] Phạm Văn Trí, Dƣơng Đức Hồng, Nguyễn Công Cẩn, Lò công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1999 [18] Nguyễn Văn Phƣớc, Giáo trình quản lý xử lý chất thải rắn, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2008 [19] QCVN 30-2010/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải lò đốt chất thải công nghiệp [20] Ryuzo Takeshita, Yoshio Akimoto, Shinich Nito Relationship between the formation of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans and the control of combustion, hydrogen chloride level in flue gas and gas temperature in municipal waste incinerator, Chemosphere V.24, Issues 5, 3-1992, p 589-598 [21] Đàm Xuân Hiệp,Trƣơng Ngọc Tuấn,Trƣơng Huy Hoàng, Nguyên lý thiết bị nhà máy điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [22] George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Samuel Vigil “Integrated solid wate management”, International Editon 1993 [23] GS.TSKH Nguyễn Sĩ Mão, Lò Hơi, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 2006 [24] Nguyễn Công Cẩn, Thiết kế lò nung kim loại, Xuất 1978 [25] PGS.TS Phạm Lê Dần, TS Nguyễn Công Hân, Công nghệ lò mạng nhiệt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 2005 Hoàng Xuân Hòa 97 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt PHỤ LỤC Bảng 2.4 Thành phần chất thải rắn đô thị đƣợc phân loại theo tiêu lý học Bảng 2.5 Khối lƣợng riêng độ ẩm (%) CTR Bảng 2.6 Thành phần nguyên tố hóa học lƣợng có CTRSH Bảng 2.7 Thành phần nguyên tố chất cháy đƣợc có CTR khu dân cƣ, khu thƣơng mại CTR công nghiệp Bảng 2.8 Thành phần nguyên tố chất cháy đƣợc có CTR khu dân cƣ Bảng 2.9 Năng lƣợng thành phần chất trơ có rác sinh hoạt khu dân cƣ Bảng 2.10.Các nguyên tố có chất hữu cần thiết cho trình chuyển hóa sinh học Bảng 2.11 Entanpi sản phảm cháy Hoàng Xuân Hòa 98 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN .1 TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY .1 1.1 THỰC TRẠNG CHẤT THẢI RẮN TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY .1 1.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN PHỔ BIẾN HIỆN NAY7 1.2.1 Phân loại xử lý học 1.2.2 Phƣơng pháp thiêu đốt 1.2.3 Phƣơng pháp xử lý hóa – lý 1.2.4 Phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh 1.3 XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT 10 1.3.1 Cơ sở lý thuyết trình cháy chất thải 10 1.3.2 Các thiết bị đốt chất thải 12 1.3.3 Nhiệm vụ đề tài .24 1.4 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHÖNG .25 1.4.1 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI .25 1.4.2 TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ 28 1.4.2.1 Tính chất lý học 28 1.4.2.2 Tính chất hóa học 30 1.4.2.3 Tính chất sinh học 32 CHƢƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN THƢỜNG TÍN 36 2.1 TÌNH HÌNH THỰC HIỆN CÔNG TÁC THU GOM, VẬN CHUYỂN .36 2.2 MÔ HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 37 2.2 Công tác thu gom, tổ chức sản xuất .38 2.2.2 Xử lý chất thải sơ .40 2.2.3 Lò đốt chất thải rắn 42 2.2.4 Các thiết bị khác 42 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT 44 3.1 LÕ ĐỐT CHẤT THẢI 44 Hoàng Xuân Hòa 99 Khóa 2011B Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 3.1.1 Điều kiện tính toán 44 3.1.2 Tính toán thiết kế lò đốt 46 3.1.3 Tính toán hệ thống đốt dầu bổ sung 62 3.2 LÕ HƠI VÀ TUABIN 73 3.2.1 Lò 73 3.2.2 Tuabin .78 CHƢƠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI THẢI 81 4.1 CÁC CHẤT THẢI CỦA LÕ ĐỐT 81 4.2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÓI THẢI 87 4.2.1 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện 87 4.2.2 Thiết bị hấp thụ SO2 đá vôi, vôi nung CaO - NaOH 88 4.2.3 Thiết bị khử Dioxin/Furan 89 4.2.4 Thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử ammoniac; ( SCR) 89 4.3 HỆ THỐNG THOÁT KHÓI 93 Hoàng Xuân Hòa 100 Khóa 2011B ... quan số phƣơng pháp xử lý chất thải rắn 1.2.1 Phân loại xử lý học Đây khâu ban đầu thiếu quy trình xử lý chất thải Biện pháp làm tăng hiệu tái chế xử lý bƣớc Các bƣớc, xử lý học chất thải bao gồm:... xử lý chất thải rắn - Đánh giá lƣu lƣợng, thành phần tính chất đặc trƣng chất thải rắn đô thị - Đề xuất phƣơng pháp đốt chất thải rắn địa bàn huyện - Tính toán thiết kế xây dựng mô hình đốt chất. .. chất thải Ở Việt Nam giới có nhiều loại lò đốt chất thải điển hình là: - Lò đốt chất thải ghi tĩnh - Lò đốt chất thải dạng thùng quay - Lò đốt chất thải tầng sôi - Lò đốt chất thải plasma Các