Công nghệ xử lý, tái chế rác thải trên thế giới

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, TÁI CHẾ RÁC THẢI TRÊN THẾ GIỚI Thực tiễn quản lý chất thải có thể khác nhau đối với các nước phát triển và đang phát triển, các khu vực đô thị và nông thôn, đối tượng hộ

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, TÁI CHẾ RÁC THẢI TRÊN THẾ GIỚI

Thực tiễn quản lý chất thải có thể khác nhau đối với các nước phát triển và đang phát triển, các khu vực đô thị và nông thôn, đối tượng hộ gia đình hay công nghiệp Việc quản lý đối với chất thải thông dụng và chất thải hộ dân không độc hại tại các thành phố lớn thường là trách nhiệm của các chính quyền địa phương, trong khi đó, việc quản

lý đối với các chất thải công nghiệp và thương mại không độc hại thường là trách nhiệm của chính các nhà phát thải và là đối tượng quản lý của công tác kiểm soát quốc tế, quốc gia hay địa phương

Trong các phần dưới đây sẽ chỉ đề cập đến đối tượng rác thải đô thị

Bảng 1 Rác đô thị tại một số nước phát triển và đang phát triển

Loại vật liệu Thành phần

trung bình của rác, %

Loại vật liệu Thành phần

trung bình của rác, %

Tại thành phố Whitehorse- Canada (2010) Tại Me hi cô (2003)

Có một số nguyên tắc định hướng trong quản lý chất thải được áp dụng linh hoạt tại các nước hay các khu vực trên thế giới:

“3R” (Reduce- Giảm, Reuse-Tái sử dụng và Recycle-Tái chế) trong đó phân loại

các chiến lược quản lý chất thải phù hợp theo nhu cầu nhằm giảm thiểu chất thải

Sơ đồ tháp quản lý chất thải là cơ sở nền móng của phần lớn các chiến lược giảm thiểu chất thải Mục tiêu của sơ đồ tháp này là khai thác lợi nhuận thực tế tối đa

từ các sản phẩm và tạo ra tối thiểu chất thải

 Nguyên tắc người phát thải trả tiền: Nguyên tắc người phát thải phải trả tiền

là nguyên tắc khi người gây ô nhiễm môi trường thì phải trả tiền Nguyên tắc này yêu cầu người phát thải phải trả tiền để tồn chứa thích hợp vật liệu không thể hoàn nguyên liên quan quản lý chất thải

Hình 2 Sơ đồ tháp quản lý chất thải

Hình 3 Mức độ công nghệ quản lý chất thải: từ các lựa chọn công nghệ thấp đến cao

có thể áp dụng đối với quản lý chất thải đô thị quy mô lớn

Hình 4 Sơ đồ các lựa chọn công nghệ xử lý rác

Hình 5 Vận chuyển rác thải tại Nê pan và Thụy điển Hình 6 Ủ rác làm phân vi sinh

Hình 7 Chôn lấp rác tại Ha waii Hình 8 Đốt rác tại Viên -Áo

Công nghệ tồn chứa (chôn lấp) rác hiện vẫn là thực tiến thông dụng tại phần lớn các

nước trong đó có Việt Nam Chôn lấp rác thường được sử dụng tại các khu mỏ cũ, hố đào Bãi chôn lấp theo thiết kế và được quản lý đúng là phương pháp tồn chứa rác có

kém có thể gây một số tác động xấu đến môi trường như bị gió cuốn rác vương vãi, sâu

bọ, ruồi, nước rỉ rác Các khí đồng hành khi chôn lấp rác, chủ yếu là mê tan, H2S và

CO2, sinh ra khi rác hữu cơ phân hủy yếm khí Các khí này có thể gây mùi khó chịu, gây hại cho cây trồng và là khí nhà kính

Các thông số thiết kế của bãi chôn lấp rác hiện đại bao gồm các phương pháp chứa nước rỉ rác bằng các lớp sét hay vật liệu lót bằng màng chất dẻo Rác chôn lấp được lu lèn bình thường để tăng mật độ và tính ổn định (theo chiều cao) và được phủ kín để ngăn lôi cuốn côn trùng, động vật (chuột, ruồi…) Nhiều bãi chôn lấp được bố trí hệ thống thu khí để tách khí chôn lấp Khí này được thu từ bãi chứa qua các ống nhiều lỗ

và dẫn đi đốt và chạy phát điện Hiện có khoảng 400 dự án chôn lấp rác thu hồi gas tại

Mỹ (theo Mora Associates Ltd 2007)

Đốt rác: là phương pháp, trong đó rác thải hữu cơ rắn được đốt thành tro và các sản

phẩm khí Phương pháp này hứu ích để chôn lấp rác dư từ quản lý rác thải rắn và rác thải rắn từ xử lý nước thải Quá trình này làm giảm thể tích phế thải rắn xuống còn 20-30% thể tích chất hữu cơ ban đầu Đốt và các hệ thống xử lý rác nhiệt độ cao khác thường được mô tả như phương pháp “ xử lý nhiệt” Lò đốt chuyển hóa rác thành nhiệt, khí, hơi nước và tro

Việc đốt rác được thực hiện theo cả quy mô nhỏ (hộ gia đình ) hay quy mô lớn công nghiệp Nó được sử dụng để xử lý các phế thải rắn, lỏng và khí Phương pháp này được thừa nhận là phương pháp thực tiễn để xử lý một số rác độc hại (như rác thải bệnh viện) Đốt là phương pháp chuyển hóa xử lý rác gây tranh cãi do phát thải khí thải Đốt là phương pháp thông dụng được áp dụng tại các nước như Nhật, do thiếu đất và công nghệ xử lý không đòi hỏi nhiều diện tích như chôn lấp Các thuật ngữ “Phế thải

thành năng lượng” (Waste to energy -WTE) hay “ Năng lượng từ phế thải” (Energy from waste- EFW) được sử dụng rộng rãi để chỉ các thiết bị đốt phế thải trong lò hay

nồi hơi để tạo nhiệt, hơi nước hay điện Việc đốt rác trong lò không phải luôn là hoàn hảo vì liên quan đến các khí phát thải khi cháy Đặc biệt là các hợp chất hữu cơ rất bền như dioxin, furan và PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon – Hợp chất đa vòng thơm ngưng tụ) có thể gây các hậu quả xấu nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe

Có 04 lựa chọn đối với việc tận thu năng lượng từ rác:

Đốt hay đốt trực tiếp(hiện đã bị cấm tại phần lớn các nước thuộc EU)

Trong công nghiệp quản lý rác hiện đại, thuật ngữ “đốt” được hiểu là sự làm cháy rác không tận thu năng lượng hay vật liệu Do vậy việc đốt rác bị cấm tại các nước EU do các tác động xấu đến môi trường như các phát thải độc hại và ít hay không tận thu năng lượng từ rác Một số công nghệ mới được phát triển có khả năng tạo năng lượng từ rác

mà không cần đốt rác trực tiếp Các công nghệ này tạo ra năng lượng tái tạo và được

thừa nhận rộng rãi thay thế cho đốt rác truyền thống và được trình bày ngay dưới đây

Nhiệt phân : là sự phân hủy hóa học vật liệu hữu cơ bởi nhiệt khi thiếu oxy hay các

chất phản ứng khác, ngoại trừ hơi nước Nhiệt phân rác thải rắn chuyển hóa vật liệu thành các sản phẩm rắn lỏng và khí Các sản phẩn nhiên liệu lỏng và khí có thể đốt tạo năng lượng hay tinh chế thành các sản phẩm hóa học khác Phần rắn còn lại có thể tiếp tục được tinh chế thành sản phẩm khác như cácbon hoạt tính

Khí hóa : Đây là quá trình đốt một phần với việc cấp không khí có kiểm soát để tạo

môi trường đốt yếm khí sử dụng để chuyển hóa rác sinh khối và chất dẻo thành khí tổng hợp với trị số nhiệt lượng bằng 10-15% của khí thiên nhiên Khí tổng hợp này khi kết hợp với việc sản xuất điện có thể minh chứng hiệu quả kinh tế và môi trường, nhất

là đối với các sinh khối sạch như phế thải gỗ Khí tổng hợp cũng có thể chuyển hóa thành methanol, xăng, dầu hay sử dụng trực tiếp thay thế khí thiên nhiên hay thậm chí

trộn lẫn vào đường cung cấp khí đốt

Các hệ thống xử lý kết hợp khí hóa và nhiệt phân đã được phát triển và áp dụng đem lại hiệu quả cao trong việc xử lý rác thành năng lượng

Khí hóa hồ quang: là phương pháp xử lý chất thải sử dụng năng lượng điện và nhiệt

độ cao do tia hồ quang điện nhằm phá hủy rác thành các khí cơ bản và chất rắn Tiếp

đó khí tổng hợp được đốt tạo điện và hơi nước

Bảng 2 Khả năng sản xuất điện của một số công nghệ WTE

Hình 9 Sơ đồ so sánh các công nghệ đốt rác truyền thống và công nghệ tiên tiến

Phát triển bền vững: Quản lý chất thải là yếu tố then chốt của doanh nghiệp khi hoạt

động phù hợp yêu cầu của ISO 14001 Các công ty được khuyến khích cải thiện các hoạt động cải thiện môi trường hàng năm bằng cách hạn chế phế thải thông qua thực tiễn tận thu tài nguyên trong hoạt động sản xuất Một trong các cách là chuyển từ quản

lý phế thải sang các hoạt động tận thu tài nguyên như tái chế thủy tinh, bao bì thực phẩm, giấy, nhưa, kim loại…

Tái chế: là thực tiễn tận dụng tài nguyên liên quan đến thu gom và tái sử dụng phế thải như các loại bao bì Các vật liệu từ các loại bao bì sẽ được tái chế thành sản phẩm mới Vật liệu tái chế có thể được thu gom riêng từ phế thải chung (thùng chứa riêng) và phân loại từ rác thu gom từ các phương tiện vận chuyển tập kết (thùng chứa ven đường), và rác cần được phân loại sơ bộ theo chủng loại vào các thùng khác nhau trước khi thu gom

Các rác tái chế thông dụng có chứa nhôm như lon bia, chứa đồng như dây điện, chứa sắt như hộp đựng thức ăn, sơn, đồ nội thất kim loại hay thiết bị, chứa chất dẻo như chai

PE, PET, chứa thủy tinh như các chai lọ bao bì thủy tinh, kính, chứa giấy như các loại báo, bao bì…

Các loại vật liệu chất dẻo như PVC, LDPE, PP và PS… cũng được tái chế Chúng thường được nén theo cùng loại để dễ tái chế

Các sản phẩm điện tử (máy tính và thiết bị điện tử) khó tái chế hơn do cần phải tháo,

dỡ và phân loại bổ sung

Loại vật liệu được chấp nhận để tái chế thay đổi theo các thành phố và khu vực, quốc gia Mỗi thành phố, khu vực quốc gia có các chương trình tái chế riêng phù hợp đối với các loại vật liệu có thể tái chế

Hình 10 Kim loại phế thải được đóng kiện để tái chế

Tái chế sinh học: Các vật liệu có thể tái chế là các chất hữu cơ có trong thiên nhiên

như cây trồng, thực phẩm loại, giấy… có thể tái chế thông qua chế tạo phân vi sinh và phân hủy hữu cơ.Các sản phẩm sau tái chế được sử dụng trong trồng trọt và nông nghiệp như phân bón Ngoài ra, khí thải thu được từ quá trình xử lý (mê tan) có thể thu giữ và sử dụng để sản xuất điện, nhiệt nhằm tối đa hóa hiệu quả

Hình 11 Nhà máy xử lý rác phương pháp cơ sinh học tại Đức Trong quá trình tái chế sinh học phế thải hữu cơ được phân hủy dưới tác động của vi khuẩn hay men thành các phân tử đơn giản thông qua các quá trình phân hủy ưu khí (với giàu o xy) hay yếm khí (thiếu o xy)

Phân hủy yếm khí xảy ra khi rác ít tiếp xúc với không khí như trong các giai đoạn cuối của quá trình phân hủy rác đô thị (MSW) hay sự phân hủy của bùn hay nước thải trong các không gian kín Quá trình phân hủy ưu khí tạo ra khí CO2 và nước trong khi quá trình phân hủy yếm khí tạo ra khí mê tan và nước và một ít khí CO2 và H2S Do

đó khí hình thành trong quá trình phân hủy rác yếm khí có thể đốt cháy và sử dụng như nhiên liệu tạo nhiệt hay sản xuất điện, và chuyển hóa mê tan thành CO2 với hiệu ứng nhà kính thấp hơn

Lên men : các phế thải hữu cơ (thực phẩm thải, bùn thải) có thể được chuyển hóa thành cồn ethanon thông qua hoạt động của men vi sinh Cồn ethanon hình thành từ phế thải hữu cơ được gọi là ethanon sinh học (cellulosic ethanon)

Xử lý tái chế hóa học

Este hóa: Nhiên liệu diesel sinh học có thể được chế tạo từ dầu thực vật thải (dầu đã qua sử dụng) bằng phương pháp este hóa Có 3 cách để chế tạo dầu diesiel sinh học từ dầu thải:

 Este hóa xúc tác dầu,

 Este hóa xúc tác a xit trực tiếp dầu,

 Chuyển hóa dầu thành các a xit béo và thành biodiesel

Hầu hết các biodiesel được chế tạo theo cách thứ nhất do là cách kinh tế nhất Phương pháp này đòi hỏi các nhiệt độ và áp suất thấp và hiệu suất đạt đến 98% Phản ứng chuyển hóa este hóa xảy ra thành công đáng kể với sự phân tách của este và các lớp glycerol sau thời gian phản ứng Các sản phẩm đồng hành nặng hơn, glycerol lắng xuống dưới và có thể được bán làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác ( sau khi được lọc có thể sử dụng trong ngành sản xuất thuốc, mỹ phẩm,…) Dầu diesel sinh học ít độc hại hươn và là nhiên liệu dễ phân hủy hơ so với dầu diesel dầu mỏ do vậy thường được trộn lẫn với dầu diesel dầu mỏ để dùng làm nhiên liệu

Hình12 Dầu diesel sinh học

Tách nhiên liệu từ rác (RDF- Refuse derived fuel)

Sử dụng rác thải đô thị thô chưa xử lý làm nhiên liệu là vấn đề khó do bản chất hỗn tạp của rác, với thành phần dao động tùy thuộc quốc gia, khu vực và mùa Loại rác này cũng có nhiệt trị thấp và hàm lượng tro cao cũng như hàm ẩm cao Điều này làm khó cho việc thiết kế các nhà máy chế biến rác và người vận hành do phải đáp ứng mức độ ô nhiễm quy định trong khi vận hành đốt rác không ổn định Việc xử lý rác (tách) thành nhiên liệu từ rác (RDF) có thể một phần giải quyết được các khó khăn nêu trên và nhiên liệu có thể được sử dụng hiệu quả hơn khi dùng làm nhiên liệu để đốt trên ghi của các nồi hơi hay trong các lò đốt tầng sôi tuần hoàn

Rác đô thị với thành phần chất hữu cơ cao (các bon cao) thích hợp để đóng bánh, tạo viên nhiên liệu sau khi đã được phân tách các vật liệu không cháy và có thể tái sử dụng Các công đoạn sau khi phân tách loại rác sẽ là ép trong khuôn ở áp suất và nhiệt

độ cao để tạo các viên nhiên liệu

Tại Việt Nam, các viên nhiên liệu hiện được chế tạo từ trấu có tính thương mại cao và

có xuất khẩu

Hình 13 Sơ đồ dây chuyền chế tạo viên nhiên liệu RDF (phương pháp khô)

Tận thu tài nguyên: là cách tiếp cận trái ngược với với quản lý phế thải sử dụng các

nỗ lực “Phân tích chu kỳ sống” (Life cycle analysis – LCA) để đề xuất các lựa chọn để quản lý chất thải Đối với rác thải rắn đô thị hỗn tạp (Municipal solid waste- MSW) đã

có nhiều nghiên cứu sâu rộng chỉ ra rằng quản lý hành chính, phân loại tại nguồn và

thu gom để tái sử dụng và tái chế các phần vô cơ, năng lượng và sản phẩm phân vi

sinh của phần hữu cơ thông qua xử lý yếm khí là cách làm hữu hiệu

Các phương pháp giảm và tránh hình thành phế thải:

Phương pháp quan trọng của quản lý phế thải là ngăn chặn sự hình thành phế thải hay

giảm phát thải Các phương pháp tránh phát thải bao gồm tái sử dụng các sản phẩm

cũ, sửa chữa các sản phẩm hư hại để dung thay cho mua mới, thiết kế sản phẩm sao

cho có thể tái sử dụng (ví dụ như sử dụng túi giấy, vải thay cho túi ni lông), khuyến khích người tiêu dùng tránh sử dụng các sản phẩm dùng một lần (ví dụ thìa dĩa

nhựa), trút bỏ thức ăn, chất lỏng dư từ các hộp đựng… và thiết kế các sản phẩm sử

dụng ít vật liệu hơn nhưng vẫn đáp ứng chức năng như cũ (ví dụ dùng hộp nhẹ hơn)

Thu gom và vận chuyển:

Hình 14 Thùng chứa rác tại Anh Các phương pháp thu gom rác khác nhau giữa các nước và khu vực Các dịch vụ thu

gom rác gia đình thường do chính quyền địa phương cung cấp hay các công ty tư nhân

trong công nghiệp Tại một số khu vực, đặc biệt tại các nước kém phát triển, không có

hệ thống thu gom rác chính thức Các ví dụ về hệ thống thu gom rác trên thế giới:

 Tại châu Âu, và một số nơi trên thế giới, có hệ thống thu gom rác Envac theo

đường ống ngầm sử dụng chân không, với hệ thống đơn tuyến hay vòng tròn

 Tại các thành phố lớn của Canada sử dụng các thùng rác ven đường để thu nhận

rác đã phân loại theo định kỳ Tại vùng nông thôn, có các trạm tiếp nhận rác sau

đó chuyển đi chôn lấp

 Tại Đài loan, chính quyền thành phố thu phí theo khối lượng rác thải của hộ gia

đình và doanh nghiệp Rác chỉ được thu gom nếu đựng trong các bao bì của

chính quyền Chính sách này làm giảm đáng kể lượng rác thải ra và tăng tỷ lệ tái

chế

 Tại Israel, công ty môi trường thiết lập hệ thống thu nhận rác trực tiếp từ các xe

chở rác và phân loại các thành phần vô cơ và hữu cơ thông qua các thiết thị lắng,

sàng lọc và nghiền vụn cơ thủy Hệ thống này cho phép phân loại khối lượng lớn

thải rắn, tận dụng các vật liệu có thể tái chế, và chuyển phần còn lại thành khí

sinh học và phân hữu cơ Hệ thống tương tự được sử dụng tại California, Úc, Hy

lạp, Mê hico, Anh

Hình 15 Sơ đồ rác thải có thể được chuyển hóa thành năng lượng hay nhiên

liệu

Hình 16 Quản lý rác đô thị tại các nước EU của các năm 1999-2000

Bảng 3 Chỉ số giá trị năng lượng (MBTU/t) của rác

Loại rác cơ bản Năng lượng cần

nếu đốt

Năng lượng cần

để chế tạo ban đầu

Thủy tinh 0 10 7 3

Chú thích: BTU (British thermal unit, tức đơn vị nhiệt Anh) là một đơn vị năng lượng sử dụng ở Hoa

Kỳ , Vương quốc Anh , Trong hầu hết các nơi khác, nó đã được thay thế bởi đơn vị năng lượng SI , joule (J)

Ở Hoa Kỳ, "BTU" được sử dụng để mô tả giá trị nhiệt ( năng lượng ) của nhiên liệu, và cũng để mô tả công suất của các hệ thống sưởi ấm và làm lạnh, như lò sưởi, lò sấy, lò nướng và điều hòa nhiệt độ Khi sử dụng như một đơn vị công suất, mặc dù vẫn được viết tắt là "BTU" nhưng khái niệm này cần được hiểu là

BTU trên giờ (BTU/h)

Hình 18 Giếng lấy khí lắp đạt tại các bãi chôn rác và khoan giếng thu khí

Hình 19 Sơ đồ mặt cắt giếng khoan thu khí

Hình 20 Sơ đồ trạm thu khí bãi rác

Hình 21 Trạm thu khí bãi chôn rác

Hình 22 Sơ đồ Bãi chôn rác hiện đại (tận dụng khí và xử lý nước rỉ rác)

Hình 23 Các phương pháp sử dụng khí bãi chôn rác