Nghiên cứu công nghệ cacbon hóa các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu

Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN VĂN HUỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CACBON HOÁ CÁC CHẤT THẢI CHÁY ĐƢỢC TRONG RÁC THẢI ĐÔ THỊ THÀNH THAN NHIÊN LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN VĂN HUỆ NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ CACBON HỐ CÁC CHẤT THẢI CHÁY ĐƢỢC TRONG RÁC THẢI ĐÔ THỊ THÀNH THAN NHIÊN LIỆU Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH VĂN TUYÊN Hà Nội - 2012 Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đánh giá lƣợng chất thải phát sinh 1.1.1 Vài nét tình hình phát triển thị Việt Nam 1.1.2 Các nguồn phát sinh chất thải rắn đô thị 1.1.3 Lƣợng phát sinh chất thải rắn đô thị 1.1.4 Ƣớc tính lƣợng thải thành phần chất thải rắn đô thị đến năm 2025 1.1.5 Thành phần chất thải rắn đô thị .10 1.2 Công nghệ cacbon hóa chất thải rắn 13 1.2.1 Những ứng dụng chủ yếu phƣơng pháp 15 1.2.2 Những ƣu điểm cơng nghệ xử lý nhiệt tiên tiến .15 1.2.3 Những yếu tố tác động đến nhu cầu hệ thống xử lý nhiệt 16 1.2.4 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ cacbon hóa giới Việt Nam 17 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 24 1.3 Phân tích, đánh giá lựa chọn cơng nghệ cacbon hố 25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 28 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .28 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu 28 2.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 29 2.3.3 Phƣơng pháp phân tích, tính tốn 30 2.3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Khảo sát biến động nhiệt độ buồng cacbon hoá 34 3.2 Khảo sát ẩm vật liệu thí nghiệm 35 Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu 3.3 Kết q trình cacbon hố 37 3.3.1 Kết q trình cacbon hố tre gỗ 37 3.3.2 Kết trình cacbon hoá nhựa 41 3.3.3 Kết q trình cacbon hố giấy 45 3.3.4 Kết trình cacbon hoá cao su 49 3.3.5 Kết q trình cacbon hố vải .52 3.3.6 Kết trình cacbon hố hỗn hợp chất thải 56 3.5 Đánh giá nhiệt trị sản phẩm thu đƣợc .60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 Kết luận 62 Kiến nghị .63 Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Các loại chất thải rắn đô thị Hà Nội năm 2011 Bảng 1.2 Chất thải rắn đô thị phát sinh năm 2007 - 2010 Bảng 1.3 Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt bình quân đầu ngƣời đô thị 2009 Bảng 1.4 Ƣớc tính lƣợng CTR thị phát sinh đến năm 2025 Bảng 1.5 Chất thải rắn phát sinh số tỉnh, thành phố năm 2010 Bảng 1.6 Thàn phần CTR sinh hoạt đầu vào bãi chôn lập số địa phƣơng Hà Nội, Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Tp.HCM (1) Bắc Ninh (2) năm 2009 2010 Bảng 1.7 Thành phần chất thải khu dân cƣ điển hình Cầu Giấy - Hà Nội Bảng 1.8 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp Bảng 3.1 Sự thay đổi nhiệt độ buồng cacbon hoá Bảng 3.2 Kết xác định độ ẩm vật liệu thí nghiệm nhiệt độ 100 0C Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ T = 3000C Bảng 3.4 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ T = 4000C Bảng 3.5 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ T = 5000C Bảng 3.6 Kết cacbon hoá nhựa T = 3000C Bảng 3.7 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa T = 4000C Bảng 3.8 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa T = 5000C Bảng 3.9 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy T = 3000C Bảng 3.10 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy T = 4000C Bảng 3.11 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy T = 5000C Bảng 3.12 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su T = 3000C Bảng 3.13 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su T = 4000C Bảng 3.14 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su T = 5000C Bảng 3.15 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải T = 3000C Bảng 3.16 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải T = 4000C Bảng 3.17 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải T = 5000C Hình 3.18 Bảng thành phần hỗn hợp chất thải thí nghiệm Bảng 3.19 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp T = 300 0C Bảng 3.20 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp T = 4000C Bảng 3.21 Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp T = 500 0C Bảng 3.22 Kết phân tích nhiệt trị số sản phẩm cacbon hoá Bảng 3.23 Bảng nhiệt trị số loại nhiên liệu thông thƣờng Trần Văn Huệ Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá chất thải cháy rác thải thị thành than nhiên liệu DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tỷ lệ phát sinh CTR sinh hoạt đô thị Việt Nam năm 2007 Hình 1.2 Hiện trạng chất thải rắn theo vùng kinh tế nƣớc ta năm 2003, 2008 dự báo cho năm 2015 Hình 1.3 Lƣợng phát sinh CTR đô thị số tỉnh, thành phố qua năm 2005 2010 Hình 1.4 Sơ đồ cacbon hóa rác thải sinh hoạt thị, nơng nghiệp Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm q trình cacbon hố Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ lị cacbon hố Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ lị cacbon hố Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hoá tre gỗ T = 3000C thay đổi theo thời gian Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố tre gỗ T = 4000C thay đổi theo thời gian Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hố tre gỗ T = 5000C thay đổi theo thời gian Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố nhựa T = 3000C thay đổi theo thời gian Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố nhựa T = 4000C thay đổi theo thời gian Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố nhựa T = 5000C thay đổi theo thời gian Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố giấy T = 3000C thay đổi theo thời gian Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hoá giấy T = 4000C thay đổi theo thời gian Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố giấy T = 5000C thay đổi theo thời gian Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hoá cao su T = 3000C thay đổi theo thời gian Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố cao su T = 4000C thay đổi theo thời gian Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố cao su theo thời gian Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hoá vải T = 3000C thay đổi theo thời gian 53 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố vải T = 4000C thay đổi theo thời gian 54 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố vải T = 5000C thay đổi theo thời gian 55 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn trình cacbon hoá hỗn hợp T = 3000C thay đổi theo thời gian 57 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố hỗn hợp T = 4000C thay đổi theo thời gian 58 Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố hỗn hợp T = 5000C thay đổi theo thời gian 59 Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu DANH MỤC VIẾT TẮT CTR GDP Trần Văn Huệ Chất thải rắn Tổng sản phẩm quốc nội Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu MỞ ĐẦU Mơi trƣờng vấn đề tồn cầu, đƣợc quan tâm tất quốc gia, tổ chức cá nhân Bởi môi trƣờng liên quan trực tiếp đến đời sống, sức khỏe Một vấn đề môi trƣờng đƣợc quan tâm nhiều nay, đặc biệt đô thị vấn đề rác thải Chất thải sinh hoạt, thức ăn dƣ thừa, loại rác thải đƣờng phố, không đƣợc thu gom xử lý quy định Các loại chất thải gây ô nhiễm, nhiễm khuẩn môi trƣờng xung quanh, gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống, nguồn nƣớc mặt, nguồn nƣớc ngầm, diện tích… Khối lƣợng chất thải rắn thị ngày tăng tác động gia tăng dân số, phát triển kinh tế xã hội phát triển trình độ tính chất tiêu dùng đô thị Lƣợng chất thải rắn không đƣợc xử lý tốt dẫn đến hàng loạt vấn đề tiêu cực mơi trƣờng Có nhiều phƣơng pháp xử lý rác thải đô thị đƣợc đề xuất áp dụng có phƣơng pháp thiêu đốt Phƣơng pháp thiêu đốt xử lý đƣợc nhiều loại chất thải (đặc biệt chất thải rắn khó phân huỷ nhƣ plastic,da…), tiết kiệm đƣợc diện tích cho bãi chơn lấp Tuy nhiên phƣơng pháp thiêu đốt trƣớc gây tác động xấu đến môi trƣờng khơng khí, chi phí cho việc xử lý khí thiêu đốt tốn Mặt khác, nguồn nguyên liệu hoá thạch dần bị cạn kiệt, địi hỏi phải tìm nguồn ngun liệu Một phƣơng pháp xử lý chất thải rắn mới, đƣợc đề xuất phân loại đốt chất thải rắn cháy đƣợc điều kiện thiếu ơxy khơng có ơxy hồn tồn Phƣơng pháp tiết kiệm đƣợc nhiên liệu dùng cho trình đốt, khơng tạo khí thải độc hại gây nhiễm môi trƣờng, đồng thời tạo nguồn nguyên liệu than sạch, phục vụ cho lĩnh vực khác sống nhƣ: nghiên cứu khoa học, hay xử lý loại nƣớc thải, nhiên liệu… Xuất phát từ lý trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu” Trong đề tài tác giả đặt mục tiêu nghiên cứu sau: Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu - Xác định hiệu suất thu hồi chất lƣợng sản phẩm thành chất thải (tre gỗ, nhựa, giấy, vải, cao su) hỗn hợp thành phần chất thải; Xác định nhiệt độ, thời gian cacbon hoá để thu đƣợc hàm lƣợng cacbon hữu lớn cho loại chất thải; - - Đánh giá nhiệt trị sản phẩm sau qua trình cacbon hố Để đạt mục tiêu nghiên cứu nêu tác giả tác giả nghiên cứu nội dung sau: - Tổng quan phƣơng pháp cacbon hoá chất thải rắn - Thực xử lý chất thải mơ hình thực nghiệm phịng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trƣờng thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam - Tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng đồng thời yếu tố nhiệt độ thời gian cacbon hoá đến hiệu suất thu hồi sản phẩm hiệu suất thu hồi Cacbon hữu Tiến hành khảo sát tìm nhiệt độ thời gian tối ƣu cho q trình cacbon hố đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm, tỷ lệ cacbon Cacbon hữu hiệu suất thu hồi Cacbon hữu cao - Sau nội dung chi tiết luận văn: Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Kết chi tiết trình xác định độ ẩm giấy STT Trần Văn Huệ 67 Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Kết chi tiết trình xác định độ ẩm cao su STT Kết chi tiết trình xác định độ ẩm vải Thời gian STT Trần Văn Huệ Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 69 Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Phụ lục 2: Kết chi tiết trình cacbon hố sản phẩm 1.Kết chi tiết q trình cacbon hố tre gỗ Nhiệt độ ( C) Thời gian (phút) 300 400 500 Kết chi tiết q trình cacbon hố nhựa Nhiệt độ ( C) 300 Thời gian (phút) 400 Trần Văn Huệ Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu 30 40 50 10 20 500 30 40 50 Kết chi tiết trình cacbon hoá giấy Nhiệt độ (C) Thời gian (phút) 10 20 300 30 40 50 10 20 400 30 40 50 10 20 500 30 40 50 Trần Văn Huệ 71 Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Kết chi tiết q trình cacbon hố cao su Nhiệt độ ( C) Thời gian (phút) 10 20 300 30 40 50 10 20 400 30 40 50 10 20 500 30 40 50 Kết cụ thể trình cacbon hoá vải Nhiệt độ ( C) Thời gian (phút) 10 20 300 30 40 50 10 400 Trần Văn Huệ 20 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu 30 40 50 10 20 500 30 40 50 Kết chi tiết trình cacbon hoá hỗn hợp Nhiệt độ (C) Thời gian (phút) 10 20 300 30 40 50 10 20 400 30 40 50 10 20 500 30 40 50 Trần Văn Huệ 73 Lớp CHMT K18 Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Phụ lục 3: Một số hình ảnh thiết thí nghiệm số sản phẩm than cacbon hố Lị nung Lị sấy Cân mẫu cacbon hoá Cốc đựng mẫu cacbon hoá Bộ SSM-5000A kết nối với máy TOC- Vcph Bộ SSM-5000A Trần Văn Huệ 74 Lớp CHMT K18 Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Máy TOC-Vcph Cân mẫu đo TOC Thuyền Ceramic Giấy trƣớc cacbon hoá Than cacbon hoá từ giấy Vải trƣớc cacbon hoá Than cacbon hoá từ vải Trần Văn Huệ 75 Lớp CHMT K18 ... K18 Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 .Các loại chất thải rắn đô thị Hà Nội năm 2011 Bảng 1.2 Chất thải rắn đô thị. .. 1: Thành phố Trần Văn Huệ Lớp CHMT K18 Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Đô thị loại 2: Thành phố Đô thị loại 3: Thành phố Đô thị loại 4: Thị. .. Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hố chất thải cháy rác thải đô thị thành than nhiên liệu Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Chất thải đô thị thành phố Hà Nội, thành