Trong quá trình vận hành lò đốt theo nguyên lý nhiệt phân sẽ phát thải các loại chất ô nhiễm trong khí thải sau:
⎯ Những chất được gọi lại chất ô nhiễm chỉ thị: Bụi, SOx, NOx, và CO. ⎯ Các khí acid: HCl, HF.
⎯ Một số nguyên tố lượng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, As, Cu, Sn, Zn.
⎯ Hàng loạt chất ô nhiễm hữu cơ ở lượng vết như: PAHs (các hydrocacbon đa vòng), PCBs, HCB, PCDFs, PCDDs. Lượng các chất nhiễm bẩn liên quan trực tiếp đến thành phần chất thải được đốt, tính chất của quá trình đốt cũng như công nghệ đốt.
Ô nhiễm bụi:
Bụi được hình thành từ quá trình đốt có thành phần vô cơ và hữu cơ. Thành phần,
tính chất cũng như tải lượng của bụi có liên quan tới thành phần chất thải được đốt, loại lò đốt cũng như quá trình vận hành. Khi quá trình đốt ở nhiệt độ cao, điều kiện oxi hóa tốt thì các chất hữu cơ bị oxi hóa triệt để. Tuy nhiên quá trình đốt thường là không đạt được kết quả như mong muốn nên khói, bụi tạo thành sẽ bị cuốn theo dòng khí thải. Một số kết quả nghiên cứu của các tác giả[4] về tải lượng bụi trong các lò đốt khác nhau thay đổi từ 2,3 – 64,8 kg/tấn chất thải (trong điều kiện không có xử lý). Kích thước các hạt bụi nghiên cứu trong 5 loại lò đốt khác cho thấy như sau:
- Các hạt bụi có kích thước < 5 μm dao động từ 28 – 96% tổng lượng bụi.
- Các hạt bụi có kích thước < 2 μm dao động từ 24 – 93% tổng lượng bụi.
- Các hạt bụi có kích thước < 1 μm dao động từ 20 – 86% tổng lượng bụi.
- Các hạt bụi có kích thước < 0,5 μm dao động từ 16 – 70% tổng lượng bụi.
- Các hạt bụi có kích thước < 0,2 μm dao động từ < 50% tổng lượng bụi. Theo kết quả nghiên cứu, thì các hạt bụi trong khí thải lò đốt có kích thước từ 0,3 – 1,0 μm chiếm tỉ lệ lớn nhất.
Các biện pháp kiểm soát bụi trong quá trình đốt là thông qua kiểm soát chế độ đốt hoặc khử bụi bằng các thiết bị xử lý như lọc bụi tĩnh điện, túi lọc, xyclon…Trong đó giảm bụi thông qua kỹ thuật đốt có kiểm soát đang ngày càng tỏ ra có ưu thế.
Ô nhiễm do CO và THC:
CO và THC được tạo thành là do kết quả cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu
cơ. Thông qua nồng độ của CO và THC người ta có thể đánh giá được hiệu quả của quá trình cháy. Thực tế việc đo nồng độ THC rất phức tạp. Vì thế, người ta thường đánh đo chỉ tiêu CO2, CO để đánh giá hiệu quả đốt. Nếu hiệu quả đốt đạt trên 99.9% hoặc nồng độ CO trong khói thải nhỏ hơn 100ppm thì người ta thấy nồng độ THC trong khí thải không đáng kể.
Ô nhiễm SOx và khí axít (HCl, HF):
Trong quá trình đốt chất thải tạo ra các khí ô nhiễm như: SOx và khí axít (HCl,
HF) là do trong các chất được đốt có chứa lưu huỳnh (có cả trong nhiên liệu), clorua, 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 có thể chuyển thành SO2 từ 14 – 94%, tùy thuộc vào thành phần của nó trong chất thải cũng như phương pháp đốt. Tương tự như vậy đối với quá trình chuyển các clorua thành HCl có thể từ 46 – 86%, đối với HF thì có ít thông 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 trên nhiều loại lò 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 soát chủ yếu là sử dụng các thiết bị xử lý khí thải thông qua các chất hấp thụ, hấp phụ.
Ô nhiễm NOx :
Các oxít nitơ NOx (chủ yếu là NO và NO2) hình thành trong quá trình đốt là do
phản ứng giữa ôxy với nitơ. Trong đó phần nitơ có trong quá trình cấp khí cho lò đốt (được gọi là “NOx nhiệt”) và phần nitơ có 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 có trong nhiên liệu, chất thải, nhiệt độ buồng đốt, thời gian lưu, quá trình cấp khí dư cũng như công nghệ đốt.
Kỹ thuật khống chế NOx hiện nay cần quan tâm đó là mỗi loại lò cần có công nghệ đốt thích hợp trong đó kỹ thuật đốt nghèo khí có tuần hoàn ở buồng sơ cấp có thể làm giảm được 35% lượng NOx. Các phương pháp xử lý NOx trong khí thải bằng xúc tác hoặc đưa amoniac vào dòng khí thải có thể là giảm được tới 60% lượng NOx.
Ô nhiễm do các kim loại nặng:
Các kim loại chính có trong thành phần khí thải gồm: Sb, As, Hg, Be, Cd, Cr, Cu,
Pb, Mn, Mo, Ni, Zn... Thường chúng tồn tại ở các dạng hợp chất như oxit, muối, kích thước các hạt bụi thường nhỏ hơn 2 μm.
- As dao động từ 0,02 – 20,5 g/tấn chất thải được đốt. - Cd dao động từ 0,91 – 22,13 g/tấn chất thải được đốt. - Cr dao động từ 0,02 – 15,37 g/tấn chất thải được đốt. - Hg dao động từ 0,10 – 4,6 g/tấn chất thải được đốt. - Pb dao động từ 6,00 – 300 g/tấn chất thải được đốt. - Ni dao động từ 0,03 – 8,86 g/tấn chất thải được đốt. - Cu dao động từ 0,19 – 20,0 g/tấn chất thải được đốt. - Mn dao động từ 0,10 – 66,58 g/tấn chất thải được đốt. - Zn dao động từ 6,30 – 1057 g/tấn chất thải được đốt.
Phụ thuộc vào bản chất của mỗi kim loại mà khả năng bay hơi của chúng đưa vào không khí theo khí thải có khác nhau. Các kim loại có khả năng bay hơi cao theo nhiệt độ như Hg, Se, Pb, Zn cao hơn hẳn các kim loại như Fe, Cu, Ti, Al. Thậm chí một số lò đốt chất thải có trang bị hệ thống xử lý bụi mà các kim loại vẫn thoát vào không khí khá lớn.
Ô nhiễm do phát thải các hợp chất POPs
Các hợp chất POPs đặc biệt là dioxin/furan phát thải từ quá trình đốt chủ yếu có trong thành phần tro, xỉ, khí thải. Hình thành dioxin/furan phần lớn là do nhiệt độ đốt và thời gian lưu không đảm bảo yêu cầu phân hủy hoàn toàn của các hợp chất này. Cần có biện pháp phân loại rác thải tại nguồn (đặc biệt chú ý đến thành phần nguy hại cần được xử lý bằng phương pháp đốt). Cần quan tâm các loại chất thải lẫn các tạp chất có chứa gốc Clo và các gốc tương tác làm tăng độc tính. Trong quá trình vận hành phải kiểm soát chặt chẽ quá trình đốt với các thông số vận hành đã được thiết kế, đồng thời có biện phát quản lý các thành phần sau xử lý nhằm hạn chế tối đa lượng phát thải.
Bảng 9 - Tóm tắt các sản phẩm cháy và phương pháp xử lý trong công nghệ đốt chất thải
Chất ô nhiễm Tải lượng và nồng độ Cách khống chế
Bụi 2.3-64.8 kg/tấn Lọc tĩnh điện, lọc khô, ướt hiệu quả:
73-98% NOx (chủ yếu NO2, NO) 0.36-2.73 kg/tấn Các yếu tố ảnh hưởng: t0 không khí đốt, lò, tỉ lệ khí dư Xác định hệ số α thích hợp
Đốt tuần hoàn giảm 35%. Đốt 2 bậc giảm 50% Xử lý xúc tác giảm 90% SO2 Do thành phần chất thải. Chuyển hoá thành SO2: 14- 94%. TL: 0.09-4.5kg/tấn Xử lý bằng phương pháp hấp thụ, hấp phụ. Hiệu quả xử lý đạt 90-99% HCl, HF Chuyển hóa thành HCl, HF: 46-86% TL: 0.57-8.57kg/t (HCl); 0.01- 0.16 kg/t (HF) Xử lý bằng phương pháp hấp thụ, hấp phụ. Hiệu quả xử lý đạt 90-99%
CO TL: 0.07-17.5 kg/t Kiểm soát chế độ đốt, Hiệu quả xử lý đạt trên 90% THC TL: 0.001-5.78 kg/t Kiểm soát chế độ đốt, nhiệt độ đốt trên 8500C, thời gian lưu. Hiệu quả
xử lý > 99% PAHs,
PCDDs,
PCDFs, HCBs, PCBs
Do đốt plastic ở nhiệt độ không thích hợp, nồng độ trong khí thải được đo đạc tại một số quốc gia như sau: 1-700 μg/m3 (PAH), 6.2-47 μg/m3 (CBs CPsPCBs), 0.5-56 μg/m3 (PCDDs PCDFs)
Kiểm soát nhiệt độ đốt trên 9000C, thời gian đốt hoàn toàn trên 3 giây. Nhiệt độ đốt trên 11000C, thời gian đốt 2 giây.
Nếu hàm lượng Chlor trong chất thải > 5% thì nhiệt độ đốt trên 12000C, thời gian đốt 2 giây.
Hiệu quả xử lý đạt 99-99.99%
Nguồn: đề tài luận văn thạc sỹ – Thái Tiến Dũng, 2006