2.8.1. Lò Quay
Hệ thống lò quay dung trong xử lý chất thải bao gồm: - Bộ phận nạp liệu
- Bộ phận cấp khí - Lò quay
- Buồng đốt thứ cấp - Thiết bị gom tro
- Hệ thống xử lý khí thải - Ống khói
Lò Quay bao gồm buồng đốt hình trụ, bên trong có lót gạch chịu lửa trên các bánh răng truyền chuyển động, lò quay với tốc độ 3- 5 vòng/phút theo trục của nó. Độ nghiêng của lò từ 3- 5o theo chiều từ đầu nhập nhiên liệu đến đầu tháo tro và do vậy chất thải có thể chuyển động theo phương ngang và theo phương bán kính của lò. Trong lúc di chuyển, chất thải cũng đồng thời được đốt cháy tại
phần cuối của lò, tro được tháo ra và đồng thời khí thải tiếp tục đi vào buồng đốt thứ cấp đang được duy trì ở nhiệt độ cao hơn để hoàn thành quá trình thiêu hủy chất thải.
2.8.2. Lò đứng 2 cấp
Lò đứng 2 cấp bao gồm một buồng đốt sơ cấp và một buồng đốt thứ cấp. Hai buồng đốt này có thể bố trí theo chiều ngang hoặc dọc. Nếu bố trí theo chiều dọc, thì buồng đốt thứ cấp ở phía trên và thông thường đó là loại lò đốt có kiểm soát không khí.
Đối với các lò đốt có công suất nhỏ, chất thải nạp vào buồng đốt sơ cấp, còn tro xỉ được tháo ra khi đã tích lũy với số lượng lớn gây ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của lò. Đối với các lò có công suất lớn, chất thải được nạp vào và tro được lấy ra liên tục nhờ hệ thống cơ khí. Buồng đốt thứ cấp có nhiêm vụ đốt tiếp để tiêu hủy hoàn toàn thành phần hữu cơ hiện diện trong khí thải buồng sơ cấp
2.8.3. Lò tầng sôi
Lò tầng sôi có cấu tạo có cấu tạo hình trụ, tường bằng gạch chịu lửa bên trong có sử dụng một tầng vật liệu đang “sôi” của cát hoặc nhôm, đá vôi, vật liệu gốm… mà tại đó quá trình đốt cháy diễn ra. Thiết bị ngoại vi quan trọng nhất của lò là quạt thổi khí, vừa có chức năng tạo tầng sôi vừa có nhiệm vụ cấp khí cháy cho lò. Trong trường hợp cần xử lý khí thải của lò phải trang bị thêm quạt ly tâm. Chất thải được nạp trực tiếp và bên trên hoặc bên trong của tầng sôi tùy thuộc vào độ ẩm của bùn. Với chất thải có độ ẩm cao cần phải nạp liệu về phía trên so với tang sôi để đảm bảo thời gian và hiệu quả tách ẩm và trường hợp này cần diện tích bề mặt tầng sôi, dẫn đến yêu cầu về diện tích tiết diện lò phải lớn. Ngược lại, tiết diện lò có thể nhỏ hơn nếu chất thải nạp vào bên trong tầng sôi.
Do đặc điểm cấu tạo, chất thải sau khi nạp vào lò tầng sôi đạt được sự tiếp xúc mãnh liệt với không khí để thực hiện quá trình thiêu đốt hiệu quả, các thành phần cháy được và tách hết độ ẩm. nhiệt độ tầng sôi thường dao động trong khoảng 1300- 1500oK, tùy thuộc vào trạng thái vật lý của chất thải được đốt. Thời gian lưu của không khí trong lò khá lớn từ 3-6 giây.
Tro còn lại sau khi đốt sẽ trộn lẫn với vật liệu tầng sôi, một phần theo dòng khí thải ra ngoài. Với chất thải chứa các muối kim loại tro sau khi đốt thường gây ra hiện tượng kết tụ tầng sôi, kéo theo sự kết hợp chúng thành các hạt
rắn lớn dễ dàng lắng tụ, dẫn đến giảm hiệu quả sử dụng tầng sôi và hiệu suất làm việc của lò.
2.8.4. Lò hồng ngoại
Lò hồng ngoại (lò điện/lò bức xạ điện) là hệ thống bao gồm một băng tải chứa chất thải di chuyển bên trong buồng đốt sơ cấp dài, được duy trì ở áp suất âm nhờ quạt hút. Khí đi ra khỏi buồng nung tiếp tục qua buồng đốt thứ cấp, còn chất thải sau khi nung được băng tải vận chuyển ra ngoài, dẫn đến bộ phận chứa tro.
Băng tải có cấu tạo dưới dạng liên tục được làm bằng hợp kim chịu nhiệt cao (1300- 1600oF). Lớp chịu nhiệt của hệ thống lò hồng ngoại được làm bằng vật liệu gốm thay vì gạch chịu lửa nhằm hạn chế mức độ tản nhiệt của lò.
Chất thải được nạp vào buồng đốt sơ cấp từ miệng nạp xuống băng tải, tạo thành một lớp bùn dày khoảng 2,5 cm trên mặt băng tải. Tốc độ băng tải được lựa chọn sao cho chất thải được tiêu hủy mà không phải đảo trộn. Chính điều này làm giảm nồng độ bụi trong khí thải đầu ra. Không khí được cấp vào lò theo chiều ngược với chiều băng tải để tận dụng nhiệt chất thải.
Nhiệt lượng cung cấp cho lò qua cac tấm nhiệt hồng ngoại bố trí phía trên của băng tải, duy trì nhiệt độ trong lò 1600oF. Do sử dụng năng lượng điện, nên trong khí thải không có thêm các sản phẩm cháy như khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
2.8.5. Lò kiểm soát không khí (lò nhiệt phân)
Nguyên lý hoạt động của lò chủ yếu là quá trình trình kiểm soát không khí cấp vào lò. Trong buồng đốt sơ cấp lượng khí được cấp bằng 10- 80% nhu cầu cần thiết theo tính toán lý thuyết, khí sinh ra từ phản ứng này bao gồm có các khí cháy sẽ được tiếp tục đốt trong buồng đốt thứ cấp. Ở buồng đốt thứ cấp lượng không khí cấp váo vượt 110- 200% lượng không khí cần thiết.
2.8.6. So sánh và lựa chọn công nghệ đốt
Công nghệ Ưu điểm Nhược điểm
Lò Quay
- Công suất xử lý cao
-Có thể xử lý đồng thười nhiều loại chất thải khác nhau
- Nhiệt độ hoạt động cao
- Độ xáo trộn cao và tiếp xúc tốt làm tăng hiệu xuất cháy
- Chi phí đầu tư và vận hành cao - Yêu cấu bảo ôn tốt đối với lớp lót chịu lửa của lò và tính hàn hín của lò -Khí thải cí hàm lượng bụi cao - Điều kiện cháy dọc theo chiều dái của lò rất khó khống chế
- Nhiệt tổn thất do tro lớn
Lò đứng 2 cấp
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp -Nồng độ bụi trong khí thải không cao
-Hiệu quả cháy tốt
- Chất thải rắn cần phải xử lý sơ bộ -Thời gian đốt cháy trong lò hai ngăn cố định lâu hơn lò quay -Hiệu quả xáo trộn chất thải khí đốt không cao
Lò tầng sôi
- Thiết kế đơn giản - Hiệu quả cháy cao
- Có thể thay đổi tỷ lệ nhập liệu và thành phần của chất thải cần đốt trong khoảng khá rộng.
- Chi phí vận hành tương đối cao - Điều kiện vận hành khó kiểm soát và không khí ổn định
- Nồng độ bụi trong khí thải rất lớn.
Lò hồng ngoại
- Khí thải từ lò đốt hồng ngoại ít ô nhiễm
- Khả năng tự động hóa cao
- Thiết kế phức tạp
- Chi phí đầu tư và vậ hành cao - Chi phí sử dụng điện lớn
Lò kiểm soát không khí
- Yêu cấu nhiên liệu thấp
- Quá trình đốt diễn ra ở nhiệt độ cao do vậy tăng tuổi thọ của vật liệu chịu lửa, giảm chi phí bảo trì - Bụi kéo theo trong khi đốt giảm do đó giảm bớt thiết bị thu bụi - Thể tích rác thải giảm đáng kể
- công suất bị giới hạn bởi hệ thống cấp và trộn rác
- Không nên đốt chất thải có phản ứng thu nhiệt
- Thời gian đốt lâu hơn so với công nghệ lò quay
Với mục tiêu xử lý được tính chất nguy hại của chất thải y tế và chi phí xây dựng, vận hành ta lựa chọn công nghệ đốt bằng lò 2 cấp.
2.9. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ NGUY HẠI HIỆN NAY 2.9.1. Công nghệ đốt gián đoạn 2.9.1. Công nghệ đốt gián đoạn
Hệ thống lò đốt gián đoạn thường có công suất 15- 100 tấn/ngày. Kiểu lò đốt gián đoạn tiêu biểu là lò đốt 2 buồng (2 giai doạn):
Tại buồng đốt sơ cấp: Rác được đốt giai đoạn đầu trong điều kiện ít oxy để tạo ra các khí dễ bay hơi.
Tại buồng đốt thứ cấp: Các khí dễ bay hơi từ buồng đốt sơ cấp được đưa vào đốt tiếp với lượng oxy cấp tăng lên để đảm bảo quá trình cháy hoàn toàn. Nhiệt độ đốt trong buồng đốt thứ cấp được điều chỉnh bằng cách cấp thêm oxy hoặc nhiên liệu. Khí lò đốt ở nhiệt độ cao sẽ được đưa qu nồi hơi để tạo ra hơi nước chạy máy phát điện hoặc sử dụng cho các mục đích khác. Khí lò đốt và các sản phẩm cháy được điều chỉnh sao cho đạt tiêu chuẩn khí thải trước khi thải ra khí quyển.
Lò đốt gián đoạn phù hợp với quy mô nhỏ, có hiệu quả kinh tế hơn các công nghệ đốt khác. Do đặc điểm của hệ thống này, tỷ lệ giữa năng lượng sinh ra trên nhiệt hao phí cho quá trình đốt là nhỏ so với các công nghệ đốt khác. Tuy nhiên, do dễ phù hợp với nhiều quy mô và nhu cầu xử lý khác nhau, hiện nay đốt gián đoạn vẫn là một trong những hệ thống lò đốt được ưa chuộng nhất.
2.9.2. Công nghệ đốt liên tục
Hệ thống lò đốt liên tục gồm có hệ thống vỉ lò, thành lò là gạch chịu nhiệt, máy phát điện bằng hơi nước. Hiện nay, kiểu lò đốt liên tục tiêu biểu gồm có 2 hay nhiều buồng đốt với công suất từ 200- 700 tấn/ngày. Do kích thước lớn, buồng đốt được thiết kế chi tiết để có hiệu suất đốt cao và thu hồi hơi nước có hiệu quả để chạy máy phát điện. Thông thường, máy phát điện chạy bằng hơi nước gồm có vách ngăn lót gạch chịu lửa trong đó đặt các đường ống để nước có thể tuần hoàn và hấp thu nhiệt.
Hệ thống đốt rác liên tục cũng có thể thực hiện bằng cách sử dụng lò quay. Lò quay sử dụng ống hình trụ quay trên bệ đỡ, bên trong thành ống cũng lót gạch chịu nhiệt. Lò được đặt nghiêng, rác được nạp vào ở phía đầu cao, tro và các chất không cháy được lấy ra ở đầu thấp hơn. Nhiệt thu từ nồi hơi trong hệ thống đốt liên tục có chất lượng hơn (cả về áp suất và nhiệt độ) so với hệ thống đốt gián đoạn.
2.9.3. Công nghệ RDF (Refuse- Derived Fuel)
Hệ thống RDF là quá trình đốt có giai đoạn tiền xử lý rác, phân loại thành các thành phần cháy được và không cháy được, biến phần cháy được thành dạng chất đốt có hiệu quả để sử dụng. Chất lượng của hệ thống RDF có thể thay thế cho nhiên liệu các nhà máy sản xuất nhiệt điện, điện than hay dùng đốt cho những nồi hơi công nghiệp.
Thiết bị đốt theo công nghệ RDF đã phát triển để sản xuất ra nhiên liệu sử dụng cho các máy phát điện chạy bằng hơi nước dung trong công nghiệp hay các mục đích khác mà không sử dụng nhiên liệu đốt.
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU 3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Hệ thống lò đốt chất thải rắn y tế nguy hại DEMONEGO của Xí nghiệp xử lý rác thải y tế tại Tây Mỗ- Từ Liêm -Hà Nội công suất xử lý 125 kg/h.
3.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Không gian: Toàn bộ quy trình đốt chất thải rắn y tế của lò đốt DEMONEGO 125kg/h từ công đoạn nạp liệu tới khi kết thúc quá trình đốt.
Thời gian nghiên cứu: từ tháng 10/2014 đến 10/2016
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
•Khái quát về điều kiện tự nhiên tại khu vực xí nghiệp xử lý rác thải y tế Tây Mỗ Từ liêm, Hà nội.
•Tình hình hoạt động thu gom và tiếp nhận xử lý rác thải y tế của Xí nghiệp.
•Hiện trạng áp dụng công nghệ đốt chất thải rắn y tế đang áp dụng tại Xí nghiệp xử lý rác thải y tế Tây Mỗ- Từ Liêm- Hà Nội.
•Đề xuất giải pháp tối ưu hóa hiệu quả vận hành lò đốt chất thải ý tế hiện được áp dụng.
3.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 3.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp:
- Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên tại khu vực nghiên cứu tại Phòng Tài nguyên và Môi trường Huyện Bắc và Nam Từ Liêm.
- Thu thập số liệu báo cáo tiếp nhận chất thải và khối lượng xử lý chất thải y tế của xí nghiệp.
3.4.2. Phương pháp xác định thành phần chất thải rắn y tế nguy hại:
+ Căn cứ theo Quyết định số 23/2006/QĐ-BTNMT ngày 26/12/2006 quy định về việc ban hành danh mục chất thải nguy hại, quy định chất thải y tế trong danh mục chất thải nguy hại có mã số 13 01 01, và thông tư 12/2011/TT- BTNMT ban hành ngày 11/04/2011 về việc quản lý chất thải nguy hại của Bộ Tài nguyên Môi trường để phân loại chất thải y tế nguy hại.
+ Chất thải lây nhiễm: Gồm chất thải sắc nhọn, chất thải lây nhiễm không sắc nhọn, chất thải lây nhiễm nguy cơ cao, chất thải phẫu thuật.
+ Chất thải hóa học nguy hại: Gồm dược phẩm quá hạn, các hóa chất trong y tế, chất gây độc tế bào, chất thải chứa kim loại nặng.
+ Chất thải thông thường: Gồm chất thải sinh hoạt, các chất thải từ hoạt động khám chữa bệnh không chứa máu, dịch và chất hóa học độc hại.
3.4.3. Phương pháp khảo sát thực địa
Thực hiện khảo sát, mô tả đánh giá thực trạng áp dụng công nghệ và vận hành của hệ thống lò đốt chất thải rắn y tế nguy hại DEMONEGO đang áp dụng tại xí nghiệp. Các nội dung khảo sát bao gồm:
-Khảo sát quy trình: Mô tả quy trình hoạt động -Khảo sát hiện trạng thông số kỹ thuật của thiết bị
-Khảo sát vận hành lò đốt của các công đoạn: Tiếp nhận chất thải; Công đoạn gia nhiệt; Thực hiện đốt (Nạp rác; Quản lý nhiệt độ buồng đốt, thời gian đốt, lượng tro phát sinh); Hệ thống xử lý khí thải, nước thải.
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu
-Lấy mẫu chất thải rắn: được thực hiện theo TCVN 9466:2012 – Tiêu chuẩn quốc giao về Chất thải rắn – Hướng dẫn lấy mẫu từ đống thải – Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng, Bộ Khoa học công nghệ:TCVN 9466:2012: lấy mẫu từ nhiều điểm khác nhau của đống chất thải, trộn đều các mẫu lấy được thành 1 mẫu lớn. sau đó chia mẫu thành 4 phần bằng nhau rồi lấy 2 góc đối diện nhau, trộn đều mẫu. sau đó, tiếp tục thực hiện tương tự đến khi có được khối lượng mẫu thích hợp để đem phân tích.
-Lấy mẫu khí thải: Mẫu khí thải được thu thập theo phương pháp đẳng động học (isokinetic) theo phương pháp 23 của Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (US-EPA Method 23).
- Lấy mẫu nước thải: được thực hiện theo TCVN 5999:1995 – Chất lượng nước – Hướng dẫn lấy mẫu nước thải: TCVN 5999:1995: lấy mẫu bằng các thiết bị chuyên dụng hay các chai lọ nhựa tại nhiều điểm khác nhau ở độ sâu 20-30 cm so với bề mặt rồi hòa trộn lại thành 1 mẫu lớn.
3.4.5. Phương pháp đo
-TCVN 5977:2009 - Phát thải nguồn tĩnh - Xác định nồng độ khối lượng bụi bằng phương pháp thủ công;
-TCVN 6750:2000 - Sự phát thải của nguồn tĩnh - Xác định nồng độ khối lượng lưu huỳnh điôxit - Phương pháp sắc ký khí ion;
-TCVN 7172:2002 - Sự phát thải của nguồn tĩnh - Xác định nồng độ khối lượng nitơ oxit - Phương pháp trắc quang dùng naphtyletylendiamin;
-TCVN 7244:2003 - Lò đốt chất thải rắn y tế - Phương pháp xác định nồng độ axit clohydric (HCI) trong khí thải;
-TCVN 7242:2003 - Lò đốt chất thải rắn y tế - Phương pháp xác định nồng độ cacbon monoxit (CO) trong khí thải;
-TCVN 7557-1:2005 - Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định kim loại nặng trong khí thải - Phần 1: Quy định chung;
-TCVN 7557-2:2005 - Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định kim loại nặng trong khí thải - Phần 2: Phương pháp xác định nồng độ thủy ngân bằng đo phổ