- Quang dị dưỡng Ánh sáng mặt trời Carbonh ữu cơ
3. Băng tải tro 4 Buồng dập khí nĩng 5 Thiết bị rửa khí Ventury
6. Tháp rửa khí 7. Thiết bị tách lỏng 8. Van 9. Ống khĩi 10. Quạt khơng khí 11. Bơm tuần hồn A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H 10 10 10 10 11 11 Tuần ho àn Tuần hồn
- Lị sơ cấp:
Là một tang quay với tốc độ điều chỉnh được, cĩ nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trong quá trình cháy. Lị đốt được đặt hơi dốc với độ nghiêng từ (1 – 5)/100, nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi lị đốt. Phần đầu của lị đốt cĩ lắp một bec phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp cho quá trình đốt nhiên liệu nhằm đốt nĩng cho hệ thống lị đốt. Khi nhiệt độ lị đạt trên 8000C thì chất thải rắn mới được đưa vào để đốt. Giai đoạn đốt sơ cấp, nhiệt độ lị quay khống chế từ 800 - 9000C, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ được nhiệt độ này thì bộđốt phun dầu/gas tựđộng ngắt. Khi nhiệt độ hạ thấp hơn 8000C thì bộđốt tựđộng làm việc trở lại.
- Buồng đốt thứ cấp (buồng đốt phụ):
Đây là buồng đốt tĩnh, nhằm đểđốt các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết bay lên từ lị sơ
cấp. Nhiệt độ ở đây thường từ 950 – 11000C. Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ
cấp từ 1,5 – 2 giây. Hàm lượng ơxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là 6%. Cĩ các tấm hướng để khí thải vừa được thổi qua vùng lửa cháy của bộ phận đốt phun dầu vừa được xáo trộn mãnh liệt để cháy triệt để. Khí thải sau đĩ được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khĩi thải ra mơi trường.
Lị Đốt Tầng Sơi (Tháp Đốt Tầng Sơi)
Thuộc loại lị đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt độ
cao. Đặc điểm của tháp là luơn chứa một lớp cát dày 40 – 50cm nhằm: Lớp cát nhận nhiệt và giữ nhiệt cho lị đốt, bổ sung nhiệt cho rác ướt. Lớp cát được giĩ thổi xáo động là chất thải rắn bị tơi ra, xáo động theo nên cháy dẽ dàng. Chất thải lỏng khi bơm vào lị sẽ bám dính lên bề mặt các hạt cát nĩng đang xáo động, nhờ vậy sẽ bị đốt cháy cịn thành phần nước sẽ bay hơi hết.
Quá trình đốt tầng sơi:
Giĩ thổi mạnh vào dưới lớp vỉ đỡ cĩ lỗ nên giĩ sẽ phân bố đều dưới đáy tháp làm lớp
đệm cát cùng các phế liệu rắn, nhão đều được thổi tơi, tạo điều kiện cháy triệt để. Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố giĩ), là khu vực cháy sơ cấp nhiệt độ buồng đốt từ 850 – 9200C, cịn khoang phía trên phình to hơn là khu vực cháy thứ cấp cĩ nhiệt độ cháy cao hơn (990 – 11000C) đểđốt cháy hồn tồn chất thải. Trong tháp sơi cần duy trì một lượng cát nhất định tạo một lớp đệm giữ nhiệt ổn định và hỗ trợ cho quá trình sơi của lớp chất thải đưa vào đốt. Khí thải sau đĩ được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khĩi thải ra mơi trường.
Hình 8.20 Lị đốt tầng sơi.
Cơng NghệĐốt Nhiệt Phân
Nguyên lý hoạt động của lị chủ yếu là dựa vào quá trình kiểm sốt khơng khí cấp vào lị. Quan hệ giữa lượng khơng khí được cấp cho quá trình đốt và nhiệt độ buồng đốt đã được người ta lợi dụng tính chất này để kiểm sốt quá trình đốt (cả buồng sơ cấp lẫn thứ cấp). Khi V (lượng khơng khí cấp tức thời) < V0 (lượng khơng khí đủ) - vùng thiếu khí, thì nhiệt độ tăng khi lưu lượng khơng khí tăng. Khi V > V0 (vùng dư khí) thì nhiệt độ sẽ
giảm khi lưu lượng khơng khí cấp vào lị tăng.
Trong buồng đốt sơ cấp lượng khơng khí – V, chỉ được cấp bằng 70 – 80% nhu cầu cần thiết –V0 (theo tính tốn lý thuyết). Nhiệt độ lị đốt kiểm sốt từ 250 – 9000C, giai đoạn cuối cùng cĩ thể nâng nhiệt độ cao hơn để đốt cháy hồn tồn các chất hữu cơ cịn lại trong tro. Khí tách ra từ phản ứng này gồm cĩ hỗn hợp các khí cháy (khí gas) và hơi nước sẽđược dẫn lên buồng thứ cấp và khí gas sẽđược đốt tiếp trong buồng thứ cấp.
Ở buồng thứ cấp lượng khơng khí cung cấp dư để cháy hồn tồn (thường vượt 110 – 200% )lượng khơng khí cần thiết. Khí thải tiếp tục được làm sạch (khử bụi, khí axít…) bằng các thiết bị xử lý trước khi thải ra mơi trường. Nhiệt độ là việc ở buồng thứ cấp trên 10000C. 10500C 10000C 9900C 8500C 9200C 8500C V = 2,0÷2,5 m/s V < 2,0 m/s V>9,0m/s V < 9,0 m/s 36.000 m3/h 54.000 m3/h Thể tích khĩi 180 m3 Thể tích khĩi 310 m3
Hình 8.21 Sơđồ lị nhiệt phân tĩnh.
SO SÁNH CÁC CƠNG NGHỆĐỐT CHẤT THẢI
Với những phân tích các phương pháp đốt như trên thì cơng nghệđốt bằng cách hĩa hơi nguyên liệu trong điều kiện nghèo khí (cơng nghệ nhiệt phân) cĩ kiểm sốt khí là một trong số cơng nghệ tiên tiến và tối ưu hiện nay, nĩ khắc phục được các nhược điểm của cơng nghệ đốt hở. Các quá trình sấy, thu nhiệt, hĩa hơi xảy ra ở trong buồng sơ cấp, quá trình xáo trộn, đốt cháy khí gas xảy ra trong buồng thứ cấp nên đốt cháy triệt để, nhiệt độ
cháy cao, hầu như khơng sinh bụi. Trên thế giới hiện nay đang áp dụng rộng rãi cơng nghệ này.
Ở Mỹ, hiệu ứng nhiệt phân đã ứng dụng nhiều trong các quá trình cơng nghiệp, tuy nhiên mãi tới nhưng năm 1960 mới dần dần được ứng dụng trong lĩnh vực đốt chất thải nhưng cũng chưa gặt hái được thành cơng nhiều so với một số nước Châu âu. Do ở Mỹ sử dụng cơng nghệ đốt thùng quay trong đốt chất thải nguy hại là phổ biến nhất (tới 70% tổng số
lị đốt chất thải nguy hại).
Ở Châu âu, và châu Mỹ cĩ một số cơng ty hàng đầu về thiết kế chế tạo các loại lị đốt sử
dụng hiệu ứng nhiệt phân, như: cơng ty Thyssen của Đức với lị đốt tầng sơi, Del Monego của Ý với lị đốt thùng quay, HOVAL với lị nhiệt phân tĩnh, BIC của Bỉ,… Trong đĩ lị HOVAL đã cĩ mặt trong nhiều dự án đốt rác cơng nghiệp và rác y tế ở nước ta như: lị HOVAL tĩnh của cơng ty Novatits - sản xuất thuốc BVTV ; lị GG42-HOVAL của cơng ty mơi trường đơ thị Tp.HCM, đốt rác y tế tập trung; ở Việt Nam dự án 25 lị nhập của bộ
Y tế cung cấp cho 25 bệnh viện trên tồn quốc. Các ưu nhược điểm của cơng nghệđốt nhiệt phân:
12 2 3 4 5 6 7 8 1 . C ơ c a áu n a ïp l ie äu 2 . C ư ûa l o ø 3 . B u o àn g đ o át s ơ c a áp 4 . B u o àn g đ o át t h ư ù c a áp 5 . C ơ c a áu t h a ùo t r o 6 . T h i e át b ị g i a ûi n h i e ät k h í t h a ûi 7 . T h i e át b ị x ư û ly ù k h í 8 . O Án g k h o ùi 9 9 . T u û đ ie än đ ie àu k h ie ån
- Ưu điểm:
1. Quá trình nhiệt phân diễn ra ở nhiệt độ thấp (so với các cơng nghệđốt khác) do vậy tăng tuổi thọ của vật liệu chịu lửa do đĩ giảm chi phí bảo trì.
2. Bụi kéo theo trong lúc đốt giảm do đĩ giảm bớt đi thiết bị thu bụi. 3. Quá trình nhiệt phân cĩ thể kiểm sốt được do bản chất thu nhiệt của nĩ.
4. Chất thải rắn hoặc lỏng bị đồng thể hĩa chuyển vào dịng khí cĩ nhiệt lượng cao nhờ quá trình nhiệt phân cĩ kiểm sốt
5. Các cấu tử cĩ thể thu hồi được tập trung trong bã rắn hoặc nhựa để thu hồi 6. Thể tích chất thải bị giảm đáng kể.
7. Các chất bay hơi cĩ giá trị kinh tế cĩ thểđược ngưng tụđể thu hồi. 8. Phần hơi khơng ngưng tụ cháy được coi như nguồn cung cấp năng lượng
- Nhược điểm:
1. Một số thành phần trong chất thải lúc nạp liệu để đốt cĩ thể bị giữ lại bởi bã thải (do nhựa hắc ín - cốc), tro cũng cần được chơn lấp an tồn
2. Chất thải cĩ phản ứng thu nhiệt khơng nên đốt trong lị nhiệt phân. 3. Thời gian đốt lâu hơn so với cơng nghệđốt lị quay.
8.4.3 Hoạt Động Đốt Chất Thải và Vấn Đề Ơ Nhiễm Mơi Trường
Việc xử lý chất thải bằng phương pháp đốt ngồi các ưu điểm của nĩ đã được phân tích ở
những chương trước, những vấn đề mơi trường cũng cần phải quan tâm kết hợp với các biện pháp quản lý, vận hành hoạt động lị đốt thích hợp. Cĩ 3 nguồn ơ nhiễm cần chú ý là:
- Ơ nhiễm khơng khí (đây là vấn đề chính phải quan tâm).
- Nước thải (nước từ hệ thống xử lý khí thải, nước ép rác khi độẩm quá cao). - Chất thải rắn (tro xỉ).
Chúng ta sẽ lần lượt xét tới các vấn đề trên.
Ơ Nhiễm Khơng Khí
Quá trình đốt chất thải cĩ thể tĩm tắt theo phản ứng sau: Chất thải + O2 ---> CO2 + H2O
Thực tế chất thải cĩ thành phần khá phức tạp, khơng ổn định. Thành phần của chất thải nĩi chung gồm hai nguyên tố chính là các bon (C) và hydro (H). Ngồi ra cịn chứa các nguyên tố khác như: O, N, S, tạp chất vơ cơ (như các kim loại nặng), hợp chất hữu cơ
chứa halogen (clo, flo), ẩm. Chính vì thế sau khi cháy sản phẩm tạo thành ngồi khí CO2 và hơi nước cịn cĩ các khí khác:
- Những chất được gọi lại chất ơ nhiễm chỉ thị: bụi, SOx, NOx, HC và CO. - Các khí acid: HCl, HF.
- Một số nguyên tố lượng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As, Cu, Sn, Zn...
- Hàng loạt chất ơ nhiễm hữu cơở lượng vết như: PAHs (các hydrocacbon đa vịng), PCBs, CPs, CBs, Furans, PCDs, PCDFs. Lượng các chất nhiễm bẩn liên quan trực tiếp đến thành phần chất thải được đốt, tính chất của quá trình đốt cũng như cơng nghệđốt.
Ơ Nhiễm Bụi
Bụi được hình thành từ quá trình đốt cĩ thành phần vơ cơ và hữu cơ. Thành phần, tính chất cũng như tải lượng của bụi cĩ liên quan tới thành phần chất thải được đốt, loại lị đốt cũng như quá trình vận hành. Khi quá trình đốt ở nhiệt độ cao, điều kiện oxi hĩa tốt thì các chất hữu cơ bị oxi hĩa triệt để. Tuy nhiên quá trình đốt thường là khơng đạt được kết quả như mong muốn nên khĩi, bụi tạo thành sẽ bị cuốn theo dịng khí thải. Một số kết quả nghiên cứu về tải lượng bụi trong các lị đốt khác nhau thay đổi từ 2,3 – 64,8 kg/tấn chất thải (trong điều kiện khơng cĩ xử lý). Kích thước các hạt bụi nghiên cứu trong 5 loại lị đốt khác cho thấy như sau:
- Các hạt bụi cĩ kích thước < 10 µm dao động từ 38 – 98% tổng lượng bụi. - Các hạt bụi cĩ kích thước < 5 µm dao động từ 28 – 96% tổng lượng bụi. - Các hạt bụi cĩ kích thước < 2 µm dao động từ 24 – 93% tổng lượng bụi. - Các hạt bụi cĩ kích thước < 1 µm dao động từ 20 – 86% tổng lượng bụi. - Các hạt bụi cĩ kích thước < 0,5 µm dao động từ 16 – 70% tổng lượng bụi. - Các hạt bụi cĩ kích thước < 0,2 µm dao động từ < 50% tổng lượng bụi.
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả R.Brunner, thì các hạt bụi trong khí thải lị đốt cĩ kích thước từ 0,3 –1,0µm chiếm tỉ lệ lớn nhất.
Các biện pháp kiểm sốt bụi trong quá trình đốt là thơng qua kiểm sốt chếđộđốt hoặc khử bụi bằng các thiết bị xử lý như lọc bụi tĩnh điện, túi lọc, xyclon…Trong đĩ giảm bụi thơng qua kỹ thuật đốt cĩ kiểm sốt đang ngày càng tỏ ra cĩ ưu thế.
Kết quả kiểm tra nồng độ bụi trong khĩi thải các lị đốt phía Nam
Nồng độ bụi trong khí thải từ 45 –167 mg/m3, trong đĩ cĩ 4 lị đạt tiêu chuẩn thải (45 - 97 mg/m3) là những lị đốt cĩ hệ thống xử lý khí thải, 3 lị vượt tiêu chuẩn thải (112 - 167 mg/m3) là những lị đốt khơng cĩ hệ thống xử lý khí thải hoặc điểm lấy mẫu trước hệ
thống xử lý khí thải. Những lị cĩ hệ thống xử lý khí thải hàm lượng bụi thấp hơn những lị thải thẳng.
Ơ Nhiễm NOx
Các oxít nitơ NOx (chủ yếu là NO và NO2) hình thành trong quá trình đốt là do phản ứng giữa oxy với nitơ. Trong đĩ phần nitơ cĩ trong quá trình cấp khí cho lị đốt (được gọi là “NOx nhiệt”) và phần nitơ cĩ trong thành phần của nhiên liệu và chất thải được đốt (được gọi là “NOx nhiên liệu”).
Tải lượng NOx phụ thuộc vào hàm lượng nitơ cĩ trong nhiên liệu, chất thải, nhiệt độ
buồng đốt, thời gian lưu, quá trình cấp khí dư cũng như cơng nghệđốt.
Kết quả nghiên cứu trên nhiều loại lị của các tác giả nước ngồi cho thấy nồng độ NOx trong khí thải (qui theo 12% CO2) từ 39 – 424 ppm. Tải lượng NOx dao động từ 0,27 – 2,73 kg/tấn chất thải được đốt.
Kỹ thuật khống chế NOx hiện nay cần quan tâm đĩ là mỗi loại lị cần cĩ cơng nghệ đốt thích hợp trong đĩ kỹ thuật đốt nghèo khí cĩ tuần hồn ở buồng sơ cấp cĩ thể làm giảm
được 35% lượng NOx. Các phương pháp xử lý NOx trong khí thải bằng xúc tác hoặc đưa amoniac vào dịng khí thải cĩ thể là giảm được tới 60% lượng NOx.
Kết quả kiểm tra nồng độ NOx trong khĩi thải các lị đốt phía Nam
Nồng độ NOx trong khí thải (qui về cùng 11% O2) từ 120 - 1122 mg/m3, trong đĩ cĩ 4 lị cĩ chỉ tiêu NOx trong khí thải luơn đạt tiêu chuẩn, 01 lị cĩ chỉ tiêu NOx trong khí thải luơn vượt tiêu chuẩn, 02 lị cĩ chỉ tiêu NOx trong khí thải cĩ từng thời điểm vượt tiêu chuẩn.
Ơ Nhiễm SOx và Khí Axít (HCl, HF)
Trong quá trình đốt chất thải tạo ra các khí ơ nhiễm như: SOx và khí axít (HCl, HF) là do trong các chất được đốt cĩ chứa lưu huỳnh (cĩ cả trong nhiên liệu), cloua, florua. Nhựa polyvinyclorua (PVC) được coi là nguồn gốc chính sinh ra HCl.
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy lưu huỳnh trong các hợp chất được đốt cĩ thể chuyển thành SO2 từ 14 – 94%, tùy thuộc vào thành phần của nĩ trong chất thải cũng như
phương pháp đốt. Tương tự như vậy đối với quá trình chuyển các clorua thành HCl cĩ thể
từ 46 – 86%, đối với HF thì cĩ ít thơng tin nghiên cứu hơn và người ta cho rằng quá trình hình thành HF cũng như HCl.
Tải lượng của SO2, HCl, HF phụ thuộc vào thành phần của chất thải được đốt. Kết quả
nghiên cứu của các tác giả [5] trên nhiều loại lị cho thấy:
- Nồng độ SOx trong khí thải (qui theo 12% CO2) từ 17 – 442 ppm. Tải lượng SOx dao
động từ 0,09 – 4,52 kg/tấn chất thải được đốt.
- Nồng độ HCl trong khí thải (qui theo 12% CO2) từ 76 - 1771 ppm. Tải lượng HCl dao động từ 0,12 – 8,57 kg/tấn chất thải được đốt.
- Nồng độ HF trong khí thải (qui theo 12% CO2) từ 0,9 - 59 ppm. Tải lượng HF dao
động từ 0,01 – 0,17 kg/tấn chất thải được đốt.
Các biện pháp kiểm sốt chủ yếu là sử dụng các thiết bị xử lý khí thải thơng qua các chất hấp thụ, hấp phụ. Kết quả kiểm tra nồng độ SOx và khí axít (HCl, HF) trong khĩi thải các lị đốt phía Nam:
Nồng độ HF từ 0,38 – 1,67 mg/m3, nồng độ HCl từ 9,8 – 58,3 mg/m3.Nồng độ HF và HCl trong khí thải (qui về cùng 12% O2) nhìn chung đều đạt tiêu chuẩn thải.
Nồng độ SO2 từ 82 – 2141 mg/m3, cĩ 11/21 mẫu vượt tiêu chuẩn thải. Nồng độ SO2 phụ
thuộc vào bản chất của chất thải đem đốt và nhiên liệu sử dụng. Một nguyên nhân làm hàm lượng SO2 tăng cao là khi chất thải cĩ nhiều găng tay cao su phẫu thuật. Các lị đốt thường đặt ngay trong bệnh viện, gần khu vực điều trị bệnh nhân hoặc nhiều lị đốt gần khu dân cư nên cĩ khả năng gây ơ nhiễm tới người dân xung quanh.
Ơ Nhiễm Do CO và THC
Cả CO và THC được tạo thành là do kết quả cháy khơng hồn tồn các hợp chất cacbon. Quá trình cháy khơng hồn tồn do các nguyên nhân như: tốc độ nạp liệu, lị và cơng nghệ đốt, chế độ cấp khí, nhiệt độ buồng đốt, thời gian lưu cũng như độ xáo trộn chưa