TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ KHÍHÓA CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ CHO 500 HỘ DÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ KHÍ HĨA CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ CHO 500 HỘ DÂN SINH VIÊN THỰC HIỆN: TẠ VĂN BÌNH MINH MS: 0250020235 LỚP 02-ĐHQTTB GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS ĐINH SỸ KHANG TP Hồ Chí Minh, 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MƠI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆN NAM VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM - oOo - Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên Ngày, tháng, năm sinh Chuyên ngành Khóa I : TẠ VĂN BÌNH MINH Phái : Nam : 05/08/1994 Nơi sinh : Long An : Quá trình Thiết bị Điều khiển Công nghệ Môi trường : 2013-2017 TÊN ĐỀ TÀI Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cho 500 hộ dân II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cho 500 hộ dân để sinh khí syngas Nội dung: - Lựa chọn thành phần rác hữu khí hóa - Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu - Ý nghĩa khoa học tính đề tài III HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS ĐINH SỸ KHANG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS ĐINH SỸ KHANG Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO PHÒNG CHUYÊN MÔN tháng năm 201… CHỦ NHIỆM NGÀNH Đề cương luận văn tốt nghiệp Mục Lục Đặt vấn đề .3 Tổng quan .3 2.1 Tổng quan tình hình rác thải 2.1.1 Trên nước 2.1.2 Tình hình chất thải rắn Tp.HCM 2.2 Thành phần chất thải rắn .5 2.3 Nguồn phát sinh tác động chất thải rắn 2.3.1 Nguồn phát sinh 2.3.2 Tác động 2.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn 2.4.1 Chôn lắp .8 2.4.2 Phương pháp đốt 2.4.3 Nhiệt phân 2.4.4 Khí hóa .10 2.5 Công nghệ khí hóa 11 2.5.1 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng cố định: .11 2.5.2 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng sơi .13 2.6 Lựa chọn cơng nghệ khí hóa .14 Mục tiêu, đối tượng, nội dung tính tốn thiết kế, giới hạn đề tài 14 3.1 Mục tiêu tính tốn thiết kế 14 3.2 Đối tượng tính tốn thiết kế 15 3.3 Nội dung phương pháp tính tốn thiết kế .15 3.4 Giới hạn đề tài 15 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn tính đề tài 15 4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 15 4.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 15 GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp 4.3 Tính đề tài .15 Kết dự kiến 16 Các chương mục dự kiến luận văn 16 Tiến độ thực 18 Phần chuẩn bị học viên 18 Tài liệu tham khảo .19 10 Ý kiến giáo viên hướng dẫn 20 GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp Phần Mở Đầu Cùng với phát triển kinh tế, gia tăng dân số lãng phí tài ngun thói quen sinh hoạt người, lượng rác thải ngày tăng, thành phần ngày phức tạp tiềm ẩn ngày nhiều nguy độc hại với môi trường sức khỏe người Ở thành phố, thị xã việc thu gom xử lý rác thải có Cơng ty Mơi trường thị đảm nhiệm Cứ tối đến xe chở rác Công ty qua đem túi rác bỏ lên xe người dân phải nộp tiền thu gom Tuy nhiên, nơng thơn chưa nơi có điều kiện làm Tình hình chung gia đình tự xử lý lấy tùy thuộc vào nhận thức điều kiện người Một số gia đình gần sơng hồ có mương nước qua lợi dụng đêm tối đem vứt rác xuống, hậu có người khác chịu Nhiều gia đình gom rác vào bao bì chở đổ vào nơi xa nhà Những địa điểm đổ rác xóm, làng, cụm dân cư tùy tiện Đi dọc hai bờ số dòng sơng đường quốc lộ, đường liên huyện… bắt gặp nhiều điểm đổ rác khó chịu Trong chất thải rắn hữu khí hóa: tre, rơm rạ, giấy, carton, ni lông, nhựa, vải, gỗ, cao su lớn Và để tận dụng nguồn ngun liệu em xin trình bày đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cho 500 hộ dân.” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình rác thải 1.1.1 Trên nước Việt Nam bước vào giai đoạn Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, với gia tăng dân số cách nhanh chóng ngun nhân dẫn tới lượng chất thải sinh ngày gia tăng Do tốc tộ phát triển kinh tế-xã hội khả đầu tư có hạn, việc quản lý chưa chặt chẽ công tác quản lý khu đô thị, nơi tập trung dân số đông, khu công nghiệp, mức độ ô nhiễm chất thải rắn gây ngày nghiêm trọng Lượng chất thải rắn thị nước ta có xu hướng ngày gia tăng, tính trung bình năm tăng khoảng 10% Theo kết điều tra cho thấy, lượng chất thải rắn đô thị chủ yếu phát sinh mạnh hai thành phố lớn Hà Nội Tp Hồ Chí Minh Chỉ tính riêng lượng chất thải rắn phát sinh hai thành phố này, lượng chất thải rắn phát sinh ngày lên tới 8.000 tấn/ngày (tương đương 2.920.000 tấn/năm) Nó chiếm 45% tổng lượng chất thải rắn phát sinh từ tất đô thị GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp Tính theo vùng kinh tế-xã hội thị nằm vùng Đơng Nam Bộ có lượng chất thải rắn phát sinh lớn tới 2.450.245 tấn/năm (chiếm tới 37,94%) Tiếp theo đô thị nằm vùng Đồng Sơng Hồng có lượng chấ thải rắn phát sinh năm 1.622.060 tấn/năm (chiếm 25,12%) Tiếp đến đô thị nằm vùng núi Tây Nguyên có lượng phát sinh 237.350 tấn/năm (chiếm 3,68%) vùng núi Tây Bắc Bộ 69.350 tấn/năm (chiếm 1,07%) Bảng 1.1 Chất thải rắn phát sinh năm 2009-2015 dự kiến đến năm 2025 Nội dung 2009 2010 2015 2020 2025 Dân số đô thị (triệu người) 25,50 26,22 35,00 44,00 52,00 % dân số đô thị so với nước 29,74 30,20 38,00 45,00 50,00 Chỉ số phát sinh CTR đô thị (kg/người/ngày) 0,95 1,00 1,20 1,40 1,60 Tổng lượng CTR đô thị phát sinh (tấn/ngày) 24,23 26,22 42,00 61,60 83,20 Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường Tp.HCM, Báo cáo sở liệu quản lý chất thải rắn 2015 Với kết điều tra thống kê cho thấy, tổng lượng phát sinh CTRSH đô thị nước ta ngày gia tăng với tỷ lệ tương đối cao (10%/năm) so với nước phát triển giới Tổng lượng phát sinh CTRSH đô thị loại III trở lên số đô thị loại IV lên khoảng 6,5 triệu tấn/năm (năm 2004: Tổng lượng chất thải sinh hoạt tất đô thị Việt Nam 6,4 triệu tấn/năm) Dự báo tổng đến năm 2020 khoảng gần 22 triệu tấn/năm Để quản lý tốt nguồn chất thải này, đòi hỏi quan chức cần đặc biệt quan tâm đến khâu giảm thiểu nguồn, tăng cường tái chế, tái sử dụng, đầu tư công nghệ xử lý, tiêu hủy thích hợp góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường CTRSH gây 1.1.2 Tình hình chất thải rắn Tp.HCM Tổng khối lượng chất thải rắn thị phát sinh vào khoảng 8.700 ÷ 8.900 tấn/ngày, đó, chất thải rắn xây dựng (xà bần) chiếm khoảng 1.200 ÷ 1.500 tấn/ngày chất thải rắn sinh hoạt trung bình từ 6.200 ÷ 6.700 tấn/ngày Ước tính tỷ lệ gia tăng khoảng ÷ 10%/năm Một số loại chất thải rắn đô thị như: rác khu thương mại, xà bần, rác công nghiệp trước năm gần mức độ tăng (khối lượng thành phần chất thải) ngày cao  Tỷ trọng nguồn phát sinh cụ thể sau: - Rác hộ dân chiếm tỉ trọng 57,91% tổng lượng rác - Rác đường phố chiếm tỉ trọng 14,29% tổng lượng rác GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp - Rác công sở chiếm tỉ trọng 2,8% tổng lượng rác - Rác chợ chiếm tỉ trọng 13% tổng lượng rác - Rác thương nghiệp chiếm tỉ trọng 12% tổng lượng rác Thành phần chủ yếu chất thải rắn đô thị chất hữu (rác thực phẩm), chiếm tỷ lệ cao từ 60 - 75% / tổng khối lượng chất thải 1.2 Thành phần chất thải rắn Thành phần rác sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cao từ 54 ÷ 77,1%; thành phần nhựa: ÷ 16%; thành phần kim loại đến 2%; chất thải nguy hại bị thải lẫn vào chất thải sinh hoạt nhỏ 1% Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn phát thải năm 2010 STT Thành phần Phước Hiệp (%) Đa Phước (%) 83,00 ÷ 86,80 83,10 ÷ 88,90 Thực phẩm Vỏ sò, ốc, cua 0,00 ÷ 0,20 1,10 ÷ 1,20 Tre, rơm, rạ 0,30 ÷ 1,30 1,30 ÷ 1,80 Giấy 3,60 ÷ 4,00 2,00 ÷ 4,00 Carton 0,50 ÷ 1,50 0,50 ÷ 0,80 Ni lông 2,20 ÷ 3,00 1,40 ÷ 2,20 Nhựa 0,00 ÷ 0,10 0,10 ÷ 0,20 Vải 0,20 ÷ 1,80 0,90 ÷ 1,80 Da 0,00 ÷ 0,02 - 10 Gỗ 0,20 ÷ 0,40 0,20 ÷ 0,40 11 Cao su mềm 0,10 ÷ 0,40 0,10 ÷ 0,30 12 Cao su cứng - - 13 Thủy tinh 0,40 ÷ 0,50 0,40 ÷ 0,50 14 Lon đồ hộp - 0,20 ÷ 0,30 15 Kim loại màu 0,10 ÷ 0,20 0,10 ÷ 0,20 16 Sành sứ 0,10 ÷ 0,30 0,10 ÷ 0,20 17 Xà bần 1,20 ÷ 4,50 1,00 ÷ 4,50 18 Tro 0,00 ÷ 1,20 - GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp STT Thành phần Phước Hiệp (%) Đa Phước (%) 19 Mốp xốp (Styrofoam) 0,00 ÷ 0,30 0,20 ÷ 0,30 20 Bơng băng, tã giấy 0,90 ÷ 1,10 0,50 ÷ 0,90 21 Chất thải nguy hại (giẻ lau dính dầu, bóng đèn huỳnh quang) 0,10 ÷ 0,20 0,10 ÷ 0,20 22 Độ ẩm 52,50 ÷ 53,70 52,60 ÷ 53,70 23 VS (% theo khối lượng khơ) 81,70 ÷ 82,40 81,70 ÷ 82,40 Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường Tp.HCM, Báo cáo sở liệu quản lý chất thải rắn 2010 Trung bình ngày hộ gia đình thải kg rác thải rắn Tính bình qn cho 500 hộ dân ngày thải chất thải rắn Dựa vào bảng Thành phần chất thải rắn phát thải năm 2010 ta ước tính khối lượng thành phần rác thải hữu khí hóa bãi rác Đa Phước Bảng 1.3 Khối lượng thành phần rác thải hữu khí hóa bãi rác Đa Phước STT Thành phần Phần trăm khối lượng (%) Khối lượng (Kg) Tre, rơm rạ 1,55 15,50 Giấy 3,00 30,00 Carton 0,65 6,50 Ni lông 1,80 18,00 Nhựa 0,15 1,50 Vải 1,35 13,50 Gỗ 0,30 3,00 Cao su 0,20 2,00 Chất khí hóa 9,00 90 Ước tính ngày có khoảng 90 kg rác thải hữu bãi rác Đa Phước khí hóa thay chơn lấp hay đốt trước GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH Đề cương luận văn tốt nghiệp 1.3 Nguồn phát sinh tác động chất thải rắn 1.3.1 Nguồn phát sinh  Chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ nguồn sau: Từ khu dân cư: Bao gồm khu dân cư tập trung, hộ dân cư tách rời Nguồn rác thải chủ yếu là: thực phẩm dư thừa, thuỷ tinh, gỗ, nhựa, cao su có số chất thải nguy hại Từ động thương mại: Quầy hàng, nhà hàng, chợ, văn phòng quan, khách sạn Các nguồn thải có thành phần tương tự khu dân cư (thực phẩm, giấy, catton ) Các quan, công sở: Trường học, bệnh viện, quan hành chính: lượng rác thải tương tự rác thải dân cư hoạt động thương mại khối lượng Từ xây dựng: Xây dựng nhà cửa, cầu cống, sửa chữa đường xá, dỡ bỏ công trình cũ Chất thải mang đặc trưng riêng xây dựng: sắt thép vụn, gạch vỡ, sỏi, bê tông, vôi vữa, xi măng, đồ dùng cũ không dùng Dịch vụ công cộng đô thị: Vệ sinh đường xá, phát quan, chỉnh tu công viên, bãi biển hoạt động khác Rác thải bao gồm cỏ rác, rác thải từ việc trang trí đường phố Các q trình xử lý nước thải: Từ trình xử lý nước thải, nước rác, q trình xử lý cơng nghiệp Nguồn thải bùn, làm phân compost Từ hoạt động sản xuất công nghiệp: Bao gồm chất thải phát sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp tiểu thủ cơng, q trình đốt nhiên liệu, bao bì đóng gói sản phẩm Nguồn chất thải bao gồm phần từ sinh hoạt nhân viên làm việc Từ hoạt động sản xuất nông nghiệp: Nguồn chất thải chủ yếu từ cánh đồng sau mùa vụ, trang trại, vườn Rác thải chủ yếu thực phẩm dư thừa, phân gia súc, rác nông nghiệp, chất thải từ trồng trọt, từ trình thu hoạch sản phẩm, chế biến sản phẩm nông nghiệp 1.3.2 Tác động  Tác động đến môi trường Việc phát sinh chất thải rắn ngày gia tăng, khơng có biện pháp xử lý hiệu gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước, đất khơng khí xung quanh Đặc biệt hơn, lượng nước rỉ rác bị rò rỉ đến mực nước ngầm làm nhiễm đến mực nước ngầm GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 10 Đề cương luận văn tốt nghiệp Bãi rác Đa Phước, sử dụng công nghệ chống thấm đại nguồn gây ô nhiễm rạch Ráng, rạch Bún Seo rạch Ngã Cậy; nước rạch chuyển sang màu xanh, đục hôi; mùi hôi ruồi muỗi ảnh hưởng phạm vi rộng, vào ngày mưa; tơm cá khơng Vấn đề ô nhiễm amoni tầng nông (nước đất) hậu phần nước rỉ rác.[1]  Tác động đến sức khỏe người dân Việc quản lý xử lý CTR không hợp lý gây nhiễm mơi trường mà ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ người, đặc biệt người dân sống gần khu vực làng nghề, khu công nghiệp, bãi chôn lấp chất thải Người dân sống gần bãi rác khơng hợp vệ sinh có tỷ lệ mắc bệnh da liễu, viêm phế quản, đau xương khớp cao hẳn nơi khác.[2]  Tác động kinh tế-xã hội Chi phí xử lý chất thải rắn ngày lớn Trong năm qua, lượng CTR nước nói chung thành phố Hồ Chí Minh nói riêng ngày gia tăng Chi phí thu gom, vận chuyển xử lý CTR tăng lên, chưa kể đến chi phí xử lý ô nhiễm môi trường liên quan đến CTR Các chuyên gia kinh tế cho rằng, với điều kiện kinh tế (năm 2011) mức phí xử lý rác 17 - 18 USD/tấn CTR dựa tính tốn tổng vốn đầu tư, chi phí vận hành, chi phí quản lý, khấu hao, lạm phát[1] Chi phí xử lý CTR tuỳ thuộc vào cơng nghệ xử lý: Mức chi phí xử lý cho công nghệ hợp vệ sinh 115.000đ/tấn - 142.000đ/tấn chi phí chơn lấp hợp vệ sinh có tính đến thu hồi vốn đầu tư 219.000 - 286.000đ/tấn Thành phố Hồ Chí Minh có tổng chi phí hàng năm cho thu gom, vận chuyển, xử lý CTR sinh hoạt khoảng 1.200 - 1.500 tỷ VNĐ Chi phí xử lý công nghệ xử lý rác thành phân vi sinh khoảng 150.000đ/tấn - 290.000đ/ tấn, Thành phố Hồ Chí Minh 240.000đ/tấn; Chi phí cơng nghệ chế biến rác thành viên đốt ước tính khoảng 230.000đ/tấn - 270.000đ/tấn.[1] Thành phố Hồ Chí Minh chịu nặng gánh chi phí xử lý rác Theo tính tốn chi phí xây dựng, vận hành bãi rác Phước Hiệp (đã đóng cửa) giá thành xử lý rác khoảng 20 USD Trong đó, chi phí xây dựng khoảng 160.000 đồng -180.000 đồng/tấn, chi phí xử lý nước rỉ rác khoảng 90.000 đồng/m³, chi phí giám sát chất lượng mơi trường khoảng 10.000 đồng/ tấn, chi phí bảo trì khoảng 30.000 đồng/ (ước tổng kinh phí 430.000 đồng/tấn, tương đương 20 USD/tấn) Như vậy, tính riêng Phước Hiệp, ngày thành phố phải tốn đến 60.000 USD tiền xử lý rác Tại Đa Phước, khoảng 48.000 USD Đây thực gánh nặng cho thành phố bối cảnh khủng hoảng kinh tế [1] 1.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn 1.4.1 Chơn lấp  Mục đích: GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 11 Đề cương luận văn tốt nghiệp Chất thải rắn chuyển đến công trường xử lý với công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm bảo không gây tác động nguy hại môi trường đất, nước mặt, nước ngầm khơng khí, khơng ảnh hưởng đến đời sống cộng đồng dân cư nói chung khu vực dự án nói riêng suốt thời gian tồn bãi rác kể sau đóng bãi  Công nghệ: Trong phương pháp xử lý tiêu huỷ chất thải rắn giới nói chung Việt Nam nói riêng, chơn lấp phương pháp phổ biến đơn giản Phương pháp áp dụng rộng rãi hầu giới Về thực chất, chôn lấp phương pháp lưu giữ chất thải khu vực có phủ đất lên Hố chơn lấp chất thải rắn xây dựng lắp đặt lớp lót đáy toàn bãi rác vật liệu chống thấm để ngăn chặn khả gây ô nhiễm nguồn nước ngầm nước mặt tượng thấm theo chiều thẳng đứng, thấm ngang nước rỉ rác Trong suốt trình hoạt động rác chuyển từ sàn trung chuyển vào ô chôn lấp đổ theo lớp, san ủi, đầm nén theo quy trình kỹ thuật phủ lớp phủ trung gian nhằm giảm thiểu mùi hôi, tránh phát sinh ruồi, côn trùng tách nước mưa Nước rò rỉ bãi chơn lắp thu gom hệ thông ống thu lắp đặt đáy bãi bơm nhà máy xử lý nước rác với cơng nghệ thích hợp Hệ thống ống thu khí bãi chơn lắp thi cơng lắp đặt từ đầu hồn thiện theo q trình vận hành bãi chơn lắp bảo đảm việc thu gom tồn khí từ bãi chơn lắp nhằm chiết xuất gas phục vụ sản xuất điện xử lý loại bỏ khí độc hại gây nhiễm gây hiệu ứng nhà kính nguy cháy nổ Tiếp nhận rác Loại bỏ tạp chất Nghiền rác hữu Bổ sung vi sinh vật Đánh luống GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG Lên men 8-10 tuần SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 12 Sàng xử lý Đóng bao phân bón Chơn lấp chất trơ Đề cương luận văn tốt nghiệp Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ chôn lấp rác thải hữu  Ưu điểm: - Vốn đầu tư thấp - Dễ quản lý - Thu khí CH4  Nhược điểm: GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 13 Đề cương luận văn tốt nghiệp - Tốn nhiều diện tích - Phát sinh nhiễm cho mạch nước ngầm khơng khí - Chi phí xử lý nhiễm phát sinh cao 1.4.2 Phương pháp đốt  Giới thiệu Thiêu đốt trình xử lý chất thải nhiệt độ cao Thiêu đốt nhiệt độ cao chất thải xử lý triệt để, đảm bảo loại trừ độc tính, giảm thiểu thể tích rác đến 9095% tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Phương pháp đáp ứng tất tiêu chí tiêu hủy an tồn ngoại trừ việc phát thải khí thải cần xử lý nên coi phương pháp xử lý triệt để so với phương pháp xử lý chất thải rắn khác Do chất thải ơxy hố nhiệt độ cao với có mặt ơxy khơng khí nên thành phần rác độc hại chuyển hố thành khí thải thành phần khơng cháy tạo thành tro, xỉ Phương pháp phổ biến giới để xử lý chất thải rắn nói chung đặc biệt chất thải nguy hại công nghiệp, chất thải nguy hại y tế nói riêng Xử lý chất thải phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng làm giảm thể tích tới mức nhỏ cho khâu xử lý cuối đóng rắn tái sử dụng tro, xỉ GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 14 Đề cương luận văn tốt nghiệp Hình 1.2 Lò đốt chất thải rắn hữu  Mô tả công nghệ: Các loại chất thải cần đốt đưa vào lò đốt theo mẻ, nhiên liệu sử dụng để đốt dầu DO Tại lò đốt sơ cấp nhiên liệu phun vào lò đốt qua béc đốt để đốt cháy chất thải ln trì nhiệt độ lò đốt nhiệt độ (550 – 6500C) Khí sinh sau đốt từ lò đốt sơ cấp dẫn qua lò đốt thứ cấp nhằm đốt cháy thành phần lại khí thải nhiệt độ cao (khoảng 1000 – 1.2000C) Tương tự lò đốt sơ cấp, lò thứ cấp nhiên liệu dầu DO phun vào nhằm trì nhiệt độ lò đốt Khí sinh từ lò đốt chất thải dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt nhằm giảm nhiệt độ xuống 3000C để tránh hình thành độc chất Dòng khí sau hạ nhiệt độ dẫn qua thiết bị hấp thụ, bên có lớp đệm vòng sứ Nhờ q trình tiếp xúc pha khí pha lỏng (dung dịch NaOH) thành phần khí acid như: HCl, HF, COX, SOx, NOx, bụi loại bỏ khỏi khí thải trước xả thải môi trường qua ống khói cao 20m Phần dung dịch hấp thụ tuần hoàn lại bổ sung NaOH thường xuyên nhằm đảm bảo nồng độ Theo định kỳ phần dung dịch xả thải vào hệ thống xử lý nước thải thay dung dịch Nhiệt lượng sinh từ trình xử lý tận dụng để sấy khô loại chất thải bùn thải nhằm hạn chế việc phát thải nhiệt mơi trường cặn tro sinh từ q trình đốt tiến hành hóa rắn trước chơn lấp an toàn  Ưu điểm - Tận dụng nhiệt cho lò hơi, lò sưởi, máy phát điện - Xử lý gần tồn bộ, tiết kiệm diện tích - Triệt để gần thành phần độc hại dạng rắn, giảm tối đa thể tích - Chất thải biến thành chất trung gian có giá trị, tái chế thu hồi lượng  Nhược điểm - Chi phí đầu tư cao bảo trì cao so với phương pháp khác - Rác cần có nhiệt trị cao - Khí thải tro cần phải xử lý sau đốt - Gặp khó khăn thành phần rác thay đổi 1.4.3 Nhiệt phân Nhiệt phân trình phân hủy hay biến đổi hóa học CTR nhiệt độ cao điều kiện thiếu oxy Phản ứng quan trọng trình nhiệt phân bẻ gãy mạch liên kết GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 15 Đề cương luận văn tốt nghiệp C – C, khơng có xúc tác, chúng tạo thành gốc tự có đặc tính chuỗi, nhiệt độ tăng cắt mạch sâu Sản phẩm trình nhiệt phân CTR thu gồm chất dạng khí, lỏng rắn Ở nhiệt độ cao, sản phẩm dạng lỏng mặt bị hoá mặt khác tiếp tục bị nhiệt phân cắt mạch tạo thành sản phẩm đơn giản Chất rắn hay sản phẩm cốc hoá thu phân hoá hydrocacbon đến cacbon tự Sản phẩm cuối trình nhiệt phân biến đổi CTR chất rắn, lỏng, khí bao gồm H2, CO, khí axit, tro Tóm lại, q trình nhiệt phân trình thu nhiệt tốc độ nhiệt phân phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần, cấu trúc chất thải chế độ cấp khí Với cơng nghệ đốt nhiệt phân, nhiệt trị CTR yếu tố quan trọng mà nhiệt hố học có vai trò quan trọng Khi nhiệt phân, chất thải sinh khí gas mà khí gas cháy sinh nhiệt Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn mô tả cách tổng quát sau: Chất thải  Các chất bay hay khí gas + cặn Trong đó: khí gas bao gồm CxHy, H2, COx, NOx, SOx nước Cặn rắn: cacbon cố định tro Q trình nhiệt phân t (hồn tồn khơng có oxy) đòi hỏi phải có cấp nhiệt cho hệ phản ứng Nhiệt độ bắt đầu trình nhiệt phân số chất: than non từ 300  4000C, gỗ từ 225  3250C, lignin từ 300  5000C nhiệt độ bắt đầu cháy khí gas từ 400  6000C Các giai đoạn trình đốt chất thải lò nhiệt phân Nguyên lý vận hành trình nhiệt phân gồm giai đoạn: - Giai đoạn q trình khí hóa, CTR gia nhiệt để tách thành phần dễ bay - khí cháy, nước khỏi thành phần cháy khơng hóa tro Giai đoạn trình đốt thành phần bay điều kiện phù hợp để tiêu hủy hết cấu tử nguy hại  Tại buồng sơ cấp GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 16 Đề cương luận văn tốt nghiệp Đốt thiếu oxy (lượng khí cấp khoảng 70  80% so với nhu cầu lý thuyết), q trình xảy gồm: Sấy khơ (bốc nước) chất thải: chất thải đưa vào buồng đốt, thu nhiệt từ khơng khí nóng buồng đốt, nhiệt độ chất thải đạt 1000C, q trình ẩm xảy mãnh liệt, nhiệt độ tiếp tục tăng xảy trình nhiệt phân chất thải tạo khí gas Q trình phân huỷ nhiệt tạo khí gas cặn cacbon: Chất thải bị phân huỷ nhiệt sinh khí gas, tức từ hợp chất hữu phức tạp tạo thành chất đơn giản như: CH4, CO, H2… Thực tế, với có mặt oxy khí gas buồng nhiệt phân nhiệt độ cao xảy trình cháy, nhiệt sinh lại tiếp tục cấp cho trình nhiệt phân, sinh trình “tự nhiệt phân tự đốt sinh lượng” mà khơng đòi hỏi phải bổ sung lượng từ bên vào tiết kiệm lượng Thơng qua q trình kiểm sốt chế độ cấp khí diễn biến nhiệt độ buồng đốt sơ cấp đánh giá giai đoạn: sấy, khí hố đốt cặn buồng nhiệt phân Quá trình nhiệt phân CTR thường 2500C  6500C Thực tế, để nhiệt phân chất thải người ta thường tiến hành nhiệt độ từ 4250C  7600C Khi trình nhiệt phân kết thúc, hình thành tro cặn cacbon, người ta gọi giai đoạn cacbon hố  Tại buồng thứ cấp Q trình đốt cấp dư khí oxy (lượng khí cấp khoảng 110 - 200% so với nhu cầu lý thuyết để đảm bảo cháy hoàn toàn, nhiệt độ khoảng 10000C), khí gas sinh từ buồng sơ cấp, đưa lên buồng thứ cấp để đốt triệt để Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ chất cháy hỗn hợp khí gas Khi cháy hết 80 – 90% khí gas tốc độ phản ứng giảm dần GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 17 Đề cương luận văn tốt nghiệp  Quá trình tạo tro xỉ Giai đoạn cuối mẻ đốt, nhiệt độ buồng đốt nâng tới 9500C để đốt cháy cặn cacbon, phần rắn không cháy tạo thành tro xỉ Các giai đoạn trình cháy thực tế tiến hành tuần tự, tách biệt mà tiến hành gối đầu xen kẽ Lò nhiệt phân xem hai buồng phản ứng nối tiếp với hai nhiệm vụ: buồng sơ cấp làm nhiệm vụ sản xuất khí gas, cung cấp cho buồng thứ cấp để đốt triệt để chất hữu Chất lượng khí gas tạo thành phụ thuộc vào chất chất thải nhiệt phân điều kiện nhiệt phân buồng sơ cấp Kiểm soát mối quan hệ buồng sơ cấp buồng thứ cấp đồng nghĩa với việc kiểm soát chế độ vận hành lò đốt đạt hiệu mong muốn GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 18 Đề cương luận văn tốt nghiệp Hình 1.3 Lò nhiệt phân rác thải hữu GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 19 Đề cương luận văn tốt nghiệp  Ưu điểm: - Quá trình nhiệt phân xảy nhiệt độ thấp (so với công nghệ đốt khác) Do vậy, làm tăng tuổi thọ vật liệu chịu lửa, giảm chi phí bảo trì - Kiểm soát chế độ nhiệt phân tiết kiệm nhiên liệu - Q trình nhiệt phân khơng đòi hỏi xáo trộn nên giảm lượng bụi phát sinh Thơng thường, bụi khí thải < 200 mg/m3 , nhiều trường hợp không cần trang bị thiết bị xử lý bụi - Q trình nhiệt phân kiểm soát nhờ chất thu nhiệt - Chất thải rắn lỏng bị đồng thể hố chuyển vào dòng khí có nhiệt lượng cao nhờ q trình nhiệt phân có kiểm sốt - Các cấu tử thu hồi tập trung bã rắn nhựa để thu hồi - Thể tích chất thải giảm đáng kể - Các chất bay có giá trị kinh tế ngưng tụ để thu hồi - Phần không ngưng tụ, cháy coi nguồn cung cấp lượng - Vận hành bảo trì phù hợp với điều kiện Việt Nam - Các chất hữu chất độc hại đioxin, furans, PCBs cháy hoàn toàn  Nhược điểm: - Một số thành phần chất thải lúc nạp liệu để đốt bị giữ lại bã thải ( nhựa đường, than cốc…), tro cần chơn lấp an tồn - Chất thải có phản ứng thu nhiệt khơng nên đốt lò nhiệt phân - Thời gian đốt lâu so với công nghệ đốt lò quay GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 20 Đề cương luận văn tốt nghiệp 1.4.4 Khí hóa Khí hố q trình phân huỷ nhiệt kèm theo ơxy hố C rắn chất thải thành sản phẩm khí với cung cấp tác nhân khí hóa (O2)  Các phản ứng q trình khớ hoỏ: Phn ng oxy hoỏ: C + ẵO2 → CO CnHm + n/2 O2 ↔ nCO + m/2H2 • Phản ứng khí hố với nước: C + H2O ↔ CO + H2 CO + H2O ↔ H2 + CO2 CnHm + nH2O ↔ nCO + (n + m/2) H2 Q trình khí hóa bao gồm trình nhiệt phân kèm theo đốt cháy phần chất thải điều kiện thiếu ơxy Vì vậy, q trình khí hố thu nhiệt hay sử dụng nhiệt tự sinh đốt cháy phần chất thải Chất xúc tác thích hợp làm giảm nhiệt độ; tăng tốc độ phản ứng hiệu suất trình khí hố Khí hóa chất thải rắn cách thức hiệu thân thiện môi trường để sản xuất lượng, biến đổi chất thải rắn thành nhiên liệu khí Syngas, nhiễm mơi trường khơng khí so với đốt than lượng lưu huỳnh thấp, ứng dụng cho động máy phát điện, nhiên liệu đốt cho lò Đã tìm nhiệt độ làm việc tối ưu 700 oC, lượng khí oxy cấp hạn chế để đốt khơng hồn tồn nhiên liệu rắn Khí tổng hợp khí nhiên liệu dễ cháy gồm khí H2,CO, CH4, CO2, nitơ, lưu huỳnh (lượng nhỏ, phụ thuộc nguyên liệu vào), hợp chất kiềm, hắc ín nguồn nhiên liệu nhiệt trị cao Vị trí cấp khí, nhiệt độ, tỷ lệ cấp khí sơ thứ cấp ảnh hưởngđến thành phần khí tổng hợp Khi có phản ứng khử CO nước cần đốt/cấp nhiệt thứ cấp Nồng độ CO 2, CO, H2 CH4 tăng theo nồng độ O2 dòng khí cấp vào cách trì dòng khí Thành phần khí tổng hợp khác tỉ lệ dòng khí thứ cấp thay đổi  Ưu điểm: - Chi phí vận hành bảo trì thấp - Hiệu suất cao, thích hợp với nhiều loại vật liệu - Tạo khí Syngas để phát điện - Giảm nhu cầu diện tích chơn lắp rác GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 21 Đề cương luận văn tốt nghiệp  Nhược điểm: - Thiết kế hoạt động phức tạp - Cần giảm kích thước ngun liệu 1.5 Cơng nghệ khí hóa 1.5.1 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng cố định: Công nghệ nguyên liệu nạp vào từ đỉnh lò xuống phía dưới, gió (khơng khí, nước ) vào lò từ đáy lò sản phẩm khí cửa lò phía Như gió nguyên liệu ngược chiều Phân chia chiều cao lò thành vùng phản ứng, vùng vùng Dưới vùng xỉ, tiếp vùng cháy, vùng khử (vùng tạo sản phẩm khí hóa), vùng bán cốc, vùng sấy tầng khơng đỉnh lò Do có phân bố vùng phản ứng nên từ lên vùng cháy có nhiệt độ cao nhất, tiếp vùng khử có nhiệt độ thấp có phản ứng thu nhiệt, vùng bán cốc có nhiệt độ thấp tiếp vùng sấy có nhiệt độ thấp phải tiêu tốn nhiệt vào trình bốc nước Có thể tóm tắt nhiệt độ vùng sau: to vùng cháy > to vùng khử > to vùng bán cốc > to vùng sấy Khi xem xét q trình khí hóa theo chiều cao lò, ta thấy gió từ ghi lò (đáy lò đồng thời vùng xỉ lò), vùng cháy, vùng khử cuối đến tầng không đỉnh lò GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 22 Đề cương luận văn tốt nghiệp Hình 1.4 Cơng nghệ khí hóa tầng cố định Như nhiệt lượng vùng cháy phân phối cho vùng khác để thực q trình khí hóa Sự truyền nhiệt từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp chủ yếu đường đối lưu, đường khác (như xạ dẫn nhiệt) Khi từ xuống dưới, trọng lượng kích thước hạt sinh khối giảm dần sinh khối tham gia vào phản ứng phân huỷ nhiệt (bán cốc), phản ứng khử, phản ứng cháy Hàm lượng cacbon lại xỉ lại tương đối Tại vùng xỉ, hàm lượng tác nhân O2 H2O lại cao gió vào từ đáy lò chuyển động ngược chiều với sinh khối  Ưu nhược điểm q trình khí hóa tầng cố định Nhờ xếp vùng phản ứng lò, vùng vùng kia, nên nhiệt độ lò giảm dần từ lên trên, nguyên liệu xuống nóng Phương pháp khí hóa tầng cố định có ưu điểm sử dụng tất loại nguyên liệu ban đầu khác (về độ ẩm độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí Nguyên liệu từ vùng sấy qua vùng bán cốc nên ẩm chất bốc thoát hết, đến vùng khử vùng cháy Nguyên liệu giữ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng khử phản ứng cháy, chất lượng khí sản phẩm tốt Chính phương pháp cho phép khí hóa tất loại than, từ than non đến than già, kể loại đá dầu có hàm lượng tro cao (đến khoảng 50% tro) củi gỗ, (có độ ẩm đến 30%) Phương pháp khơng dùng loại than cám than bụi Phương pháp khí hóa tầng cố định cho phép sản xuất khí có chứa nhiều hydrocacbon, khí sản phẩm có nhiệt cháy cao, có lợi dùng vào mục đích làm khí đốt Mất mát cacbon theo xỉ phương pháp tương đối ít, theo chiều chuyển động nguyên liệu từ xuống nồng độ tác nhân khí O2, H2O tăng lên nồng độ cacbon pha rắn giảm dần Nhược điểm phương pháp mát nhiệt theo xỉ nhiều vùng tro xỉ tiếp xúc trực tiếp với vùng cháy, vùng có nhiệt độ cao, hiệu suất nhiệt q trình khơng cao 1.5.2 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng sơi Khí hóa tầng sơi thường dùng kích thước hạt 0,5 - 3mm Với tốc độ gió đạt đến giới hạn tạo lớp sôi chất rắn Ta có số khái niệm sau sơi tĩnh trình mà chất rắn tập trung với mật độ cao q trình cân tốc độ dòng khí trọng lực Ở tốc độ gió vừa phải, khác giữa: Chế độ sơi có hai chức cung cấp tác nhân oxy hóa tạo lớp sơi thiết bị Q trình khó điều khiển bắt đầu kết thúc Trong trình, hỗn hợp oxy/hơi nước sử dụng làm tác nhân thổi Hình 1.5 Cơng nghệ khí hóa tầng sơi GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 23 Đề cương luận văn tốt nghiệp  Ưu điểm quy trình khí hóa tầng sơi: - Ngun liệu liên tục chuyển vào lò khí hóa - Ngun liệu đảo trộn lớp sơi nên q trình truyền nhiệt cao, điều làm cho phân bố nhiệt độ đồng theo chiều cao lò - Khi thổi gió vào lò, hạt lớn tập trung đáy lò Các hạt nhỏ phía dễ dàng bay ngồi lò theo gió để làm giảm lượng bụi bay theo gió ngồi người ta đưa gió bậc khoảng lò để tăng cường q trình khí hóa Nhưng gió bậc thổi từ đáy lò lên chủ yếu - Khi khí hóa tầng sơi, ngun liệu gió hướng từ đáy lò, nguyên liệu tiếp xúc với vùng có nhiệt độ cao Q trình sấy, bán cốc xẩy vùng Lượng chất bốc sinh gặp oxy gió cháy hết thành CO2 H2O, phần nhỏ khác bị nhiệt phân Vì khí sản phẩm khỏi đỉnh lò khơng có sản phẩm lỏng, khơng có loại hyđrocacbon nên khí sạch, dùng cho tổng hợp hóa học có lợi - Vì khí hóa tầng sơi nên hạt Biomass ln chuyển động lò khơng có ranh giới rõ rệt vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân khí hóa tầng cố định) nhiệt độ trung bình lò giảm xuống Vì đặc điểm nên nhiệt độ lò phương pháp khí hóa tầng sôi đạt từ 900 đến 1000oC GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 24 Đề cương luận văn tốt nghiệp  Nhược điểm quy trình khí hóa tầng sơi - Để nâng cao nhiệt độ lò, dùng thêm oxy nước vào gió, khơng thể nâng nhiệt độ phản ứng cao 1150oC, nhiệt độ làm chẩy xỉ Do nhiệt độ lò khơng nâng cao nên loại than già, than antraxit có tốc độ phản ứng C với tác nhân khí khơng đủ lớn khơng thích hợp cho q trình khí hóa tầng sơi Phương pháp khí hóa tầng sơi dùng than có độ biến tính thấp than nâu, than bùn sinh khối điểm nóng chảy sinh khối thấp dể phản ứng 1.6 Lựa chọn công nghệ khí hóa Có thể thấy với khí hóa tầng cố định đặc điểm cơng nghệ khí hóa tạo nhiều sản phẩm lỏng như hyđrocacbon, dầu, nhựa, phenol sản phẩm khí có chiếm lượng CH4, CxHy lớn nên trình phân riêng xử lý sau thiết bị khí hóa phức tạp Nhưng sử dụng tất loại nguyên liệu ban đầu khác (về độ ẩm độ tro) mà khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí Với cơng nghệ khí hóa tầng sơi ngun liệu gió hướng từ đáy lò, nguyên liệu tiếp xúc với vùng có nhiệt độ cao Quá trình sấy, bán cốc xảy vùng Lượng chất bốc sinh gặp oxy gió cháy hết thành CO2 H2O, phần nhỏ khác bị nhiệt phân Vì khí sản phẩm khỏi đỉnh lò khơng có sản phẩm lỏng, khơng có loại hyđrocacbon nên khí sạch, dùng cho tổng hợp hóa học có lợi Qua tìm hiểu đánh giá xuất phát từ nhu cầu thực tế Việt Nam, thành phần rác thải hữu đặc biệt nhằm giúp bà nơng dân vùng nơng thơn ứng dụng vào thực tế, để tận dụng biến nguồn rác hữu quê hương phục vụ cho nhu cầu, đồ án em xin trình bày “Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cho 500 hộ dân để sinh khí syngas” với thiết bị khí hóa tầng cố định Dây chuyền hoạt động theo mẻ, gián đoạn GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH 25 ... hàng, nhà hàng, chợ, văn phòng quan, khách sạn Các nguồn thải có thành phần tương tự khu dân cư (thực phẩm, giấy, catton ) Các quan, công sở: Trường học, bệnh viện, quan hành chính: lượng rác thải... tốn thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cho 500 hộ dân.” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình rác thải 1.1.1 Trên nước Việt Nam bước vào giai đoạn Cơng nghiệp hóa, đại... đến năm 2020 khoảng gần 22 triệu tấn/năm Để quản lý tốt nguồn chất thải này, đòi hỏi quan chức cần đặc biệt quan tâm đến khâu giảm thiểu nguồn, tăng cường tái chế, tái sử dụng, đầu tư công nghệ