Nghiên cứu xử lý chất thải rắn nguy hại trong lò đốt dạng cột không dùng nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phạm Hữu Tùng ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI TRONG LỊ ĐỐT KHƠNG DÙNG NHIÊN LIỆU DẠNG CỘT LUẬN V N TH S:K THUẬT M I TRƢỜNG Hà Nội, 01/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - P h m H ữ u T ù n g ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI TRONG LỊ ĐỐT KHƠNG DÙNG NHIÊN LIỆU DẠNG CỘT Chu n ngành K Ms thu t m i tr 8520320 ng LU S THUẬT M I ẬN TRƢỜNG V : K N TH Ẫ NGƢỜI HƢỚN N G K H O H : GS TS Trịn h Văn Tu n H N ộ i , / L i m on Tôi xin cam đoan nội dung đƣợc trình bày luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu xử lý chất thải rắn nguy hại lị đốt khơng dùng nhiên liệu dạng cột” nghiên cứu cá nhân tôi, sở số liệu, số liệu đƣợc tham khảo Những tài liệu đƣợc sử dụng tham khảo luận văn đƣợc nêu rõ phần tài liệu tham khảo ác số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực, sai tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu kỷ luật Học viện Khoa học ông nghệ đề Hà Nội, tháng 01 năm 2021 Học viên Phạm Hữu Tùng ii L i ảm n Lời đầu tiên, xin chân thành gửi lời cám ơn đến Ban lãnh đạo Học viện Khoa học ông nghệ, Viện ông nghệ Môi trƣờng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành chƣơng trình học Học viện Luận văn tốt nghiệp đƣợc thực theo đề tài “Nghi n ứu xử lý hất thải rắn ngu hại lò t kh ng dùng nhi n liệu dạng ột NFIC”, mã số: VAST07.01/17-18 o đó, tơi đƣợc tạo điều kiện học tập, nghiên cứu chuyên gia Viện triển khai thực đề tài Đây sở để thực nội dung nghiên cứu cá nhân Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến GS.TS Trịnh Văn Tuyên, Viện trƣởng Viện ơng nghệ Mơi trƣờng tận tình hƣớng dẫn, bảo em suốt trình học tập làm khóa luận Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Học viện nói chung, thầy khoa ơng nghệ mơi trƣờng nói riêng truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích chuyên ngành, giúp em nắm bắt đƣợc sở lý thuyết tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập uối cùng, em xin chúc Ban lãnh đạo Học viện Khoa học ông nghệ, Viện ông nghệ Môi trƣờng thầy cô giáo sức khỏe, thành công Họ viên Phạm Hữu Tùng iii MỤC LỤC NH MỤ HỮ NH MỤ HÌ NH MỤ BẢ MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… …….1 HƢƠNG 1: TỔNG QU N VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ THẢI RẮN NGUY H 1.1 TÌNH HÌNH QUẢN LÝ HẤT THẢI RẮN VÀ XỬ LÝ HẤT THẢI RẮN NGUY 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.2 Á PH 1.2.1 Phƣơng pháp chôn lấp 1.2.2 Phƣơng pháp ủ sinh học 1.2.3 Phƣơng pháp tái chế 1.2.4 Phƣơng pháp thiêu đốt 1.3 MỘT SỐ 1.3.1 Kỹ thuật đốt thủ công dạng hở 1.3.2 Phƣơng pháp thiêu đốt có kiểm sốt khơng khí cấp vào lò 1.3.3 Kỹ thuật đốt lò quay 1.3.4 Kỹ thuật đốt lị đốt tầng sơi 1.3.5 ông nghệ đốt chất thải rắn có thu hồi lƣợng 1.3.6 1.3.7 ông nghệ thiêu đốt plasma 1.4 TỔNG QU BẰNG PHƢƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT (LÒ ĐỐT) 1.4.1 Lò đốt chất thải rắn nguy hại Thế giới 1.4.2 Lò đốt chất thải rắn nguy hại Việt Nam HƢƠNG 2: NỘI ông iv 2.1 NỘI UNG NGHIÊN ỨU 29 2.2 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN ỨU 29 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU 29 2.3.1 Phƣơng pháp thực nghiệm 29 2.3.2 Phƣơng pháp tính tốn thiết kế lị đốt 32 HƢƠNG III: KẾT QUẢ THỰ HIỆN 35 3.1 KẾT QUẢ THỰ NGHIỆM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 35 3.1 1.Thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian sấy .35 3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hƣởng đến trình khí hóa, cacbon hóa chất thải rắn 39 3.1.3 ác yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu trình cháy rác 43 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ ĐỐT CTR CÔNG SUẤT 50 KG/NGÀY .47 3.2.1 Xác định thể tích khoang tiếp nhận TR (I) 47 3.2.2 Xác định thể tích khoang sấy (II) 48 3.2.3 Xác định thể tích khoang cháy (IV) 48 3.2.4 Tính tốn thể tích khoang cacbon hóa (III) 49 3.2.5 Tính tốn thể tích bếp đốt (V) 50 3.2.6 ấu tạo quy trình vận hành lị NFI 50 50 3.2.7 Nguyên lý hoạt động mơ hình thực nghiệm 51 3.3 THỰC HIỆN NGHIỆM THU TRÊN LÒ ĐỐT NFIC50 54 3.3.1 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng độ ẩm rác đến trình cháy rác 54 3.3.2 Kết nghiên cứu nhiệt độ khoang cháy lò đốt 57 3.3.3 Kết độ tro sau trình đốt kết thúc 61 3.3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng lƣu lƣợng khí đến q trình đốt 63 3.4 HIỆU QUẢ M I TRƢỜNG 64 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU TH M KHẢO .72 PHỤ LỤ 73 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên môi trƣờng CTR hất thải rắn CTNH hất thải nguy hại CTRNH hất thải rắn nguy hại CTRCN hất thải rắn công nghiệp CTRSH hất thải rắn sinh hoạt CTRYT hất thải rắn y tế ĐK Đăng ký KCN Khu công nghiệp MTV Một thành viên QCVN Quy chuẩn Việt Nam QĐ Quyết định TN&MT Tài nguyên môi trƣờng TNHH Trách nhiệm hữu hạn Hình 1 Lị đốt rác t Hình Lị đốt rác t Hình Lị đốt rác t Hình Sơ đồ cơng Hình Lị đốt chất Hình Lị đốt VHI Hình Lị đốt rác t Hình Dụng cụ, th Hình 2 Mơ hình Pi Hình Đồ thị biểu Hình Biểu đồ biể Hình 3 Ảnh chụp s Hình Mơ hình NF Hình So sánh thờ Hình Ảnh tro sau vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Thống kê công nghệ xử lý chất thải nguy hại Việt Nam Bảng Một số loại lò thiêu đốt rác giới 14 Bảng Tỷ lệ nƣớc bay sấy thành phần nhựa, T = 105oC 35 Bảng Nhiệt độ đạt đƣợc khoang chức thời gian đốt 36 Bảng 3 Các thông số thời gian đốt mẫu rác thí nghiệm 38 Bảng Sự thay đổi nhiệt độ buồng cacbon hóa 39 Hình Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ lị cacbon hóa 40 Bảng Cacbon hóa nhựa, T = 300oC .41 Bảng Cacbon hóa nhựa, T = 4000C .41 Bảng Cacbon hóa nhựa, T = 5000C .42 Bảng Kết độ ẩm mẫu rác thí nghiệm 54 Bảng Thời gian đốt rác mẫu rác đƣợc sấy 55 Bảng 10 Thời gian đốt rác mẫu rác chƣa đƣợc sấy độ ẩm 56 Bảng 11 Bảng lƣợng nhiệt trung bình vùng cháy thời điểm khác đốt 2kg rác 58 Bảng 12 Bảng lƣợng nhiệt trung bình vùng cacbon hóa thời điểm khác đốt 2kg rác .58 Bảng 13 Bảng lƣợng nhiệt trung bình vùng sấy thời điểm khác đốt 2kg rác 59 Bảng 14 Bảng lƣợng nhiệt trung bình ống khói thời điểm khác đốt 2kg rác 60 Hình Ảnh tro sau trình thiêu đốt .61 Bảng 15 Bảng xác định độ tro sau đốt mẫu thực nghiệm 61 Bảng 16 Bảng xác định độ cháy sau đốt mẫu thực nghiệm 62 Bảng 17 Bảng xác đinh chênh lệnh thời gian đốt với vận tốc gió khác .63 Bảng 18 Kết phân tích mẫu khí thải 70 giảm Nhƣ vậy, hạn chế đƣợc độ ẩm rác biện pháp giảm mức tiêu hao nhiên liệu, nhƣ thời gian thiêu đốt 3.3.2 Kết nghiên cứu nhiệt ộ kho ng há lò t Lấy 2kg rác hỗn hợp nhƣ thí nghiệm 3.3.1 đem cho vào lị đốt rác sau tiến hành q trình đốt, q trình đốt xác định nhiệt độ vùng, phút đo nhiệt độ lần đến hoàn thành xong trình đốt rác 58 Bảng 3.11 Bảng nhiệt độ trung bình vùng cháy thời điểm khác Thời gian (phút) Từ bảng 3.11 ta nhận thấy nhiệt độ có chênh lệnh rõ rệt thời gian khác trình đốt Nhiệt độ trung bình phản ứng cháy hồn tồn dao động khoảng từ 850 0C-12500C Trong vịng 10 phút đầu nhiệt độ cịn thấp q trình bốc ẩm rác, thời gian mà lò đốt rác cháy tốt vào khoảng từ 15 phút -35 phút Bảng 3.12 Bảng nhiệt độ trung bình vùng cacbon hóa thời điểm khác đốt 2kg rác Thời gian (phút) 59 Từ bảng 3.12 ta nhận thấy nhiệt độ vùng cacbon hóa dao động từ khoảng từ 350ºC - 650 ºC, lị đốt cháy gần hết nhiệt độ vùng cacbon hóa lên khoảng 700ºC - 800ºC Ta thấy nhiệt độ vùng cacbon hóa tăng theo thời gian Bảng 3.13 Bảng nhiệt độ trung bình vùng sấy thời điểm khác đốt 2kg rác Thời gian (phút) 10 15 20 25 30 35 40 45 60 Nhìn vào kết nhiệt độ ta thấy nhiệt độ vùng sấy dao dộng khoảng từ 800C-200 0C Trong trình đốt, vùng sấy tận dụng nhiệt trình đốt để sấy rác trực tiếp cột tháp Với thiết kế lị đốt NFIC, rác đƣợc sấy ln q trình đốt giảm đƣợc đáng kể thời gian thiêu hủy Bảng 3.14 Bảng lƣợng nhiệt trung bình ống khói thời điểm khác đốt 2kg rác Thời gian (phút) Nhiệt độ ống khói thời gian đốt dao động khoảng từ 450C-700C Trong q trình đốt, quạt hút khí từ cột NFIC qua tháp lắng bụi tháp hấp thụ ƣớt kiểu xyclon, khí thải mang tính axit sau qua xyclon đƣợc trung hòa dung dịch kiềm để giảm thiểu thành phần ô nhiễm đồng thời làm lạnh nhanh khí thải xuống dƣới 200° để tránh tái sinh Dioxin/Furan trƣớc lên ống khói ngồi mơi trƣờng Nhiệt độ ống khói tỉ lệ thuận với nhiệt độ vùng cháy, vùng cacbon hóa vùng sấy Nhận xét: Với cấu trúc vận hành lò đốt NFIC nhƣ kiểu hút điếu thuốc lá, rác đƣợc cháy từ vùng đáy cột tháp cháy dần đỉnh cột tháp Khi lửa bắt đầu cháy đến đỉnh cột tháp, trình cháy lan rác kết thúc Có thể thấy rõ nhiệt độ cháy vùng cháy tốt vào khoảng 61 1200° , nhiệt độ vùng cháy thấp ảnh hƣởng đến nhiệt độ vùng cacbon hóa, vùng sấy khơng đủ lƣợng nhiệt để hóa than sinh học nhƣ sấy độ ẩm rác, làm cho trình diễn lâu hơn, gây hao tổn thời gian công sức Thời gian lƣu cháy vùng cháy phải đủ lâu (lớn 2s) để phản ứng cháy xảy hoàn toàn 3.3.3 Kết ộ tro s u trình t kết thúc Hình Ảnh tro sau q trình thiêu đốt Sau thí nghiệm thực trình đốt mẫu M kết thúc, ta có bảng khối lƣợng tro độ tro nhƣ sau: Bảng 3.15 Bảng xác định độ tro sau đốt mẫu thực nghiệm STT Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 62 STT Mẫu M6 M7 M8 M9 10 M10 Bảng 16 Bảng xác định độ cháy sau đốt mẫu thực nghiệm STT Mẫu 10 Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.15 3.16 ta dễ dàng nhận thấy mẫu rác có độ tro cao độ cháy thấp, độ tro rác nằm khoảng từ 9.5% đến 12%, độ cháy nằm khoảng từ 75% 63 90% Độ tro rác lớn dẫn đến gia tăng phát thải dạng tro bay dạng tro đáy lò, thƣờng xuyên phải loại bỏ tro khỏi hệ thống đốt Ngoài ra, nhiệt độ tro ảnh hƣởng đến tuổi thọ lò 3.3.4 Kết nghiên cứu ảnh h ởng l u l ợng khí ến q trình t Tiến hành thí nghiệm đốt rác với mẫu rác với vận tốc gió là: + 1,1m/s (tối đa ) + 0,8m/s Để thấy chênh lệch thời gian đốt rõ rệt vận tốc gió ta nhìn vào bảng 3.17 Bảng 17 Bảng xác đinh chênh lệnh thời gian đốt với vận tốc gió khác STT Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 10 M10 ơng thức tính lƣu lƣợng gió: 64 Trong đó: Từ cơng thức ta tính đƣợc lƣu lƣợng gió thiết bị đốt: Nhận xét: Từ bảng 3.17 ta thấy rõ ràng với lƣu lƣợng gió 3,678 m 3/s nhiều thời gian tiêu hủy vận tốc khí hút khơng đủ, chậm nên q trình cacbon hóa, q trình sấy thời gian lâu để q trình cháy xảy hồn tồn hính ta thấy đƣợc rõ ảnh hƣởng lƣu lƣợng gió đến q trình đốt, lƣu lƣợng gió cao hiệu suất đốt đƣợc đảm bảo thời gian đốt nhanh Ở đây, điều kiện để lò đốt đạt hiệu tốt lƣu lƣợng gió mức 5,181 m3/s 3.4 HIỆU QUẢ M I TRƢỜNG Lò đốt chất thải rắn NFI 50 sử dụng tháp hấp thụ dung dịch nƣớc vôi vịi phun dung dịch hóa chất khử mùi bụi hất lƣợng xử lý khí thải lị đƣợc thống kê bảng sau: 70 TT Thông số ĐVT Bụi tổng mg/Nm3 HCl mg/Nm3 CO mg/Nm3 NO2 mg/Nm3 SO2 mg/Nm3 Hg mg/Nm3 Pb mg/Nm3 Tổng kim mg/Nm3 loại nặng 71 KẾT LUẬN Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ lị đốt khơng dùng nhiên liêu dạng cột NFI để xử lý chất thải nguy hại chất thải công nghiệp phù hợp với điều kiện nƣớc ta phù hợp với xu thế giới Trên sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, đề tài xác định đƣợc thơng số có ảnh hƣởng đến q trình cháy nhiệt độ, lƣu lƣợng gió, độ ẩm thành phần tính chất chất thải đem đốt Đề tài tính tốn đƣợc thơng số mơ hình lị đốt NFI 50 ụ thể: thể tích khoang tiếp nhận 4,2 lít; thể tích khoang sấy: 8,4 lít; thể tích khoang cacbon hóa: 5,2 lít; thể tích khoang cháy: 29,2 lít thể tích khoang chứa tro (bếp đốt) 36,2 lít Kết nghiên cứu cho thấy lị đốt khơng nhiên liệu dạng cột NFI xử lý chất thải nguy hại có nhiều ƣu điểm bật Vì vậy, việc đầu tƣ lị đốt quy mơ vừa nhỏ phục vụ cho vùng công nghiệp, khu công nghiệp xử lý chỗ để giảm bớt áp lực ngày tăng chất thải công nghiệp chất thải nguy hại hoàn toàn phù hợp với điều kiện nƣớc ta 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ ông thƣơng (2011) Đánh giá thực trạng xây dựng định hướng ưu tiên phát triển khoa học công nghệ ngành công nghiệp môi trường Báo cáo Bộ ông thƣơng, Hà Nội Viện ông nghệ môi trƣờng, Viện Khoa học ông nghệ Việt Nam (2006) Báo cáo dự án sản xuất thử nghiệm “Nghiên cứu công nghệ xử lý bã thải sơn công nghiệp nhà máy khí”, Hà Nội Viện ơng nghệ môi trƣờng, Viện Khoa học ông nghệ Việt Nam (2004).Báo cáo kết đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý bã thải sơn công nghiệp nhà máy khí”, Hà Nội Viện Hóa học – Trung tâm Khoa học Tự nhiên ông nghệ Quốc gia (2002) Báo cáo kết đề tài “Hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải y tế nguy hại”Hà Nội Đặng Kim hi cộng (2009) Tài liệu hướng dẫn áp dụng giải pháp cải thiện môi trường cho làng nghề tái chế kim loiaj thuộc đề tài cấp nhà nước ”Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn cho việc xây dựng sách biện pháp giải vấn đề mơi trường làng nghề Việt Nam Đại học Bách khoa Hà Nội Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, Vũ Thị Mai (2014) Xử lý chất thải rắn chất thải nguy hại NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội (2003) Technology of municipal solid waste treatment EXPERIENCES AND CHALLENGES, NXB KHKT Joyce, L.E., (1989) “How to alculate Waste isposal osts”, World Waste 73 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰ HIỆN Lị đốt khơng nghiên liệu NFI 74 Vận hành đo đạc thông số 75 Kiểm tra đo mẫu khí thải ... xử lý chất thải rắn nguy hại khắc phục đƣợc nhƣợc điểm tồn công nghệ trƣớc 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI 1.1 TÌNH HÌNH QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ XỬ LÝ... luận văn tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu xử lý chất thải rắn nguy hại lị đốt khơng dùng nhiên liệu dạng cột? ?? nghiên cứu cá nhân tôi, sở số liệu, số liệu đƣợc tham khảo Những tài liệu đƣợc sử dụng tham... chất thải dễ lây nhiễm 2 Vì vậy, sở phạm vi luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý chất thải rắn nguy hại lị đốt khơng dùng nhiên liệu dạng cột? ?? Thông qua kết nghiên cứu,