xử lý chất thải bằng phương pháp nhiệt

ong quá trình phát triển, các hoạt động sản xuất kinh tế đã sản sinh ra một lượng lớn chất thải, đặc biệt là các loại chất thải nguy hại. Có rất nhiều định nghĩa vế chất thải nguy hại và các định nghĩa này đều nhắc đến đặc điểm chung của chất thải nguy hại là cháy nổ, ăn mòn, hoạt tính, độc tính. Tại Việt Nam, do tính đa dạng và sự phát triển nhanh chóng của các loại hình công nghiệp mà lượng chất thải nguy hại có các đặc tính như trên ngày càng nhiều. Lượng phát thải các chất này càng nhiều đe doa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, các loại chất thải này cần thiết phải được xử lý triệt để. Do không thể xử lý chất thải nguy hại theo các phương pháp xử lý chất thải thông thường nên người ta đã nghiên cứu và và đưa vào ứng dụng một loạt các phương pháp chuyên dùng để xử lý chất thải nguy hại. Một trong các phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế đó là xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp nhiệt. Đây là kĩ thuật xử lý chất thải nguy hại có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. Phương pháp này dùng để xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp mà có khả năng cháy, nó áp dụng cho tất cả các dạng chất thải: rắn, lỏng, khí.

MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ 4 2.1.Nguyên lý hoạt động chung 4 2.1.1.Nhiệt độ 4 2.1.2.Độ xáo trộn: .4 2.1.3.Thời gian: .4 2.2. Phân loại các phương pháp nhiệt .4 2.2.1.Nhiệt phân: 4 2.2.2.Thiêu đốt 10 2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt .12 2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt .12 2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu .13 2.4.Lượng không khí dư .13 2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt 15 2.5.1.Ưu điểm .15 2.5.2.Nhược điểm: 15 2.6.Hiệu quả quá trình đốt 16 2.6.1.Hiệu quả phân hủy(DRE: destruction and removal efficiency) .16 2.6.2.Hiệu quả đốt (CE Combution Efficiency) .16 17 2.7.Ứng dụng 17 2.8.Hiện trạng áp dụng phương pháp đốt ở Viêt Nam .23 Trong cuộc khảo sát của nhóm nghiên cứu tại Viện KTNĐ và BVMT phối hợp với Sở KHCN và MT TP Hồ Chí Minh tháng 1/2002 tại 7 lò đốt rác thải ý tế tai khu vực phía Nam, trong đó có 5 lò đốt được chế tạo trong nước và 2 lò đốt nhập kảu từ nước ngoài. Danh mục các loại lò như sau: 23 1 CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT .24 3.1.Lò đốt chất lỏng 24 3.1.1.Nguyên lý hoạt động .24 3.1.2.Ưu và nhược điểm .25 3.2.Lò đốt chất rắn 26 3.2.1.Phân loại: .26 3.2.2.Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại .28 3.3.Giới thiệu một số dạng lò đốt .28 3.3.1.Lò đốt thùng quay 28 Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ứng dụng bởi quá trình xáo trộn tốt, đạt hiệu quả cao được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay.Ở Mỹ lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầng sôi chiếm 10%, còn lại 15% các loại lò khác (lò cố định đốt nhiều cấp). Lò đốt thùng quay cũng có cấu tạo gồm hai buồng đốt: sơ cấp và thứ cấp 29 3.3.2.Lò đốt gi/vỉ cố định .31 3.3.3.Lò đốt tầng sôi .31 3.3.4.Lò xi măng .34 3.3.5.Lò hơi 34 3.4.Giới thiệu một số phương pháp xử lý nhiệt 34 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .38 4.1.Kết luận 38 4.2.Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 2 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU Trong quá trình phát triển, các hoạt động sản xuất kinh tế đã sản sinh ra một lượng lớn chất thải, đặc biệt là các loại chất thải nguy hại. Có rất nhiều định nghĩa vế chất thải nguy hại và các định nghĩa này đều nhắc đến đặc điểm chung của chất thải nguy hại là cháy nổ, ăn mòn, hoạt tính, độc tính. Tại Việt Nam, do tính đa dạng và sự phát triển nhanh chóng của các loại hình công nghiệp mà lượng chất thải nguy hại có các đặc tính như trên ngày càng nhiều. Lượng phát thải các chất này càng nhiều đe doa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, các loại chất thải này cần thiết phải được xử lý triệt để. Do không thể xử lý chất thải nguy hại theo các phương pháp xử lý chất thải thông thường nên người ta đã nghiên cứu và và đưa vào ứng dụng một loạt các phương pháp chuyên dùng để xử lý chất thải nguy hại. Một trong các phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế đó là xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp nhiệt. Đây là kĩ thuật xử lý chất thải nguy hại có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. Phương pháp này dùng để xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp mà có khả năng cháy, nó áp dụng cho tất cả các dạng chất thải: rắn, lỏng, khí. 3 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ 2.1.Nguyên lý hoạt động chung Xử lý CTNH bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển chất thải sang dạng khí, lỏng và tro… đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Để đạt được hiệu quả cao, quá trình phải tuân theo nguyên tắc 3T: nhiệt độ (temperature); độ xáo trộn (turbulence); thời gian cháy (time). 2.1.1.Nhiệt độ Nhiệt độ cần phải đảm bảo để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, không tạo Dioxin, đạt hiệu quả xử lý tối đa (> 1100 0 C ). • Nếu nhiệt độ quá cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn sẽ ảnh hưởng đến thời gian lưu khí trong buồng thứ cấp. Điều này sẽ làm giảm sự tiếp xúc giữa không khí và khí gas, khói thải ra có màu đen, nồng độ các chất ô nhiễm như CO, THC trong khí thải cao. • Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẻ xảy ra không hoàn toàn và khí thải ra cũng có màu đen. Vì vậy nếu nhiệt độ quá cao cũng như quá thấp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cháy. 2.1.2.Độ xáo trộn: Để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa CTNH cần đốt và chất oxy hóa, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tại góc nghiêng thích hợp giũa dòng khí với bec phun để tăng khả năng xáo trộn. 2.1.3.Thời gian: Thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đối với lò đốt nhiệt phân, đảm bảo thời gian lưu cháy thích hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng đốt sơ cấp để cấp khí gas lên buồng đốt thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt. Thời gian lưu cần thiết để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất khác nhau phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt nhiệt độ đốt. => Các yếu tố trên liên hệ khăng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộn tốt thì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao. 2.2. Phân loại các phương pháp nhiệt 2.2.1.Nhiệt phân: 2.2.1.1.Phản ứng nhiệt phân xảy ra như sau: Chất thải chất bay hơi (khí gas) + cặn rác Khí gas bao gồm: C x H y , H 2 , CO x , NO x , SO x , hơi nước Cặn rắn gồm: Cacbon cố định, tro 4 2.2.1.2.Nhiệm vụ của các buồng đốt trong lò nhiệt phân: a) Buồng đốt sơ cấp: Trong lò nhiệt phân, buồng đốt sơ cấp có nhiệm vụ nhiệt phân chất thải rắn tạo khí gas. Khí này sẽ cấp cho buồng thứ cấp nhờ sự chênh lệch áp suất giữa buồng sơ cấp và buồng thứ cấp Quá trình đốt nhiệt phân tại buồng đốt sơ cấp diễn ra theo các giai đoạn: Rác thoát hơi nước nhiệt phân đốt cặn Cacbon tro b) Buồng đốt thứ cấp: Buồng thứ cấp có nhiệm vụ nhận và đốt khí gas Đốt thứ cấp bao gồm hai buồng: trộn và đốt cuối cùng. Luồng khí ở dưới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ phần trăm carbon cao. Lượng carbon chứa trong hạt sẽ được đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn. Khí thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng. Vận tốc thấp trong buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành phần. 2.2.1.3.Nguyên lý cơ bản và các bộ phận cơ bản của lò Các lò nhiệt phân có bộ phận kiểm soát không khí theo từng điều kiện cụ thể, hoạt động trong chế độ: thiếu khí(buồng đốt sơ cấp), và dư không khí(buồng thứ cấp) 5 Hình 1. Sơ đồ lò nhiệt phân tĩnh đốt chất thải 6 2.2.1.4.Yêu cầu vận hành lò đốt Hình 2.Sơ đồ quy trình vận hành lò đốt 2.2.1.5.Yếu tố nhiệt độ trong quá trình đốt nhiệt phân Từ thực ngiệm nhận thấy rằng, chất thải có thành phần caosu và nhựa cao thì nhiệt phân mạnh dưới 500 0 C Chất thải của ngành dày da và rác dầu khí có thành phần chất hữu khó phân hủy nên nhiệt độ nhiệt phân của các chất thải này cao hơn: 600 – 650 0 C =>Nguyên tắc chọn nhiệt độ nhiệt phân = T + 100 0 C. Như vậy nhiệt độ nhiệt phân tối thiểu của một chất là 350 0 C Trong đó: T là nhiệt độ phân hủy của một chất 7 Hình 3.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của PE Hình 4.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Cao su 8 Hình 5.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Pet 2.2.1.6.Yếu tố độ ẩm đến quá trình nhiệt phân Chất thải được đem đốt nên có độ ẩm W ≤ 30%  Độ ẩm < 20% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 50 0 C  Độ ẩm từ 20 – 30% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 75 0 C  Độ ẩm từ 35 – 50% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 100 0 C =>Khi độ ẩm cao thì thời gian nhiệt phân thường kéo dài, năng suất đốt sẽ giảm 9 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 50 100 150 200 250 Thụứi gian, phuựt Nhieọt ủoọ, 0 C 0 2 4 6 8 10 12 14 C H 4 , C O , % Nhieọt ủoọ CH4 CO Hỡnh 6. S hỡnh thnh CH4 v CO trong quỏ trỡnh nhit phõn 2.2.2.Thiờu t 2.2.2.1.Nguyờn lý chung ca quỏ trỡnh t t l quỏ trỡnh oxy húa nhit cao bng oxy khụng khớ. Bng cỏch t CTNH, ta cú th gim th tớch ca nú n 80 90 %. Nhit phi cao hn 850 o C. Sn phm cui cựng l tro, CO 2 , nc Quỏ trỡnh t thc cht l quỏ trỡnh oxy húa kh trong ú xy ra phn ng gia cht t (cht thi dng hu c) vi oxy trong khụng khớ (thnh phn ca khụng khớ ch yu l: 79% nit v 21% oxy theo th tớch) nhit cao Phn ng xy ra nh sau: Cht thi + (O 2 + N 2 ) --------> Sn phm chỏy + Q (nhit) Sn phm chỏy: Bi, SO x , NO x , CO, CO 2 , THC, HCl, HF, ioxins/Furans 2.2.2.2.Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh chỏy Quỏ trỡnh chỏy v cỏc cht ụ nhim to thnh (sn phm chỏy) liờn quan cht ch ti thnh phn, bn cht ca cht thi c t, nhiờn liu s dng, iu kin t nh: h s d khụng khớ (oxy), nhit t, tip xỳc v thi gian tip xỳc gia nhiờn liu (hoc khớ gas) vi oxy . Quỏ trỡnh chỏy ca cht thi rn bao gm 4 giai an c bn sau: 10