a Bo gồm tiền trợ cấp củ chính phủ cho nhiên liệu không hoá thạch, WTE = chất thải thành năng lượng
8.8 Những tác động đến mơi trường : phân tích đầu vào và đầu ra
8.8.1 Xác định ranh giới của hệ thống
Trước khi nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của quy trình đốt được thẩm định, cần phải xác định những ranh giới hệ thống cho quy trình. Điều này
được thể hiện ở hình 8.5, bao gồm cả quy trình giảm sự phát thải trong hệ thống. Sự phát thải thật sự vào khơng khí do đĩ sẽ phụ thuộc vào loại thiết bị giảm phát thải được trang bị, và hiệu quả hoạt động của chúng. Trong phần này, dữ liệu của sự phát thải từ thiết bị hiện đại (state-of-the-art) sẽđược sử dụng, vì mục tiêu chung là thẩm định những ảnh hưởng cĩ thể xảy ra của thiết kế quản lý rác thải kết hợp trong tương lai, hơn là những thành cơng gần đây tại châu Âu. Với tất cả khía cạnh của sự tiếp cận vịng đời sản phẩm (LCA), nếu những dữ liệu nội bộ của những lị
đốt đang tồn tại thực tế hay trong bản vẽ cĩ giá trị, chúng sẽ được dùng để tham khảo trong những sơđồ chung.
Số lượng chất thải rắn và dạng nước được xử lý cũng phụ thuộc vào loại quy trình làm sạch khí được sử dụng (xem phần trên): một hệ thống lọc khơ sẽ vận hành chỉ một loại chất thải rắn dù hệ thống lọc khí sản xuất ra cả chất thải rắn và dạng nước.
Với mục đích của đánh giá vịng đời sản phẩm, cĩ thể giải thích rằng năng lượng được phục hồi được dùng chỉ để vận hành điện năng, và được xuất ra từ hệ
thống.
8.8.2 Nguyên liệu đầu vào
Nguyên liệu đầu vào cho hệ thống xử lý nhiệt hoặc là CTRĐT, NLTR, hoặc là giấy và nhựa đã được phân loại từ nguồn tùy thuộc vào các quy trình liên quan.
Đốt NLTR hoặc giấy, hoặc nhựa thành nhiên liệu liên quan đến những nguyên liệu
đã được xác định là phù hợp để đem đi chế biến. Nguyên liệu đầu vào cho lị đốt CTRĐT, bao gồm chất thải thừa và chất thải cặn từ những quy trình xử lý chất thải khác, cĩ thể khơng cốđịnh. Nguyên liệu cung cấp cho máy chế biến sẽ khác nhau về thành phần chất thải, được cho là thay đổi theo địa chất và mùa.
Sự khơng ổn định trong nguyên liệu đầu vào của lị đốt CTRĐT sẽ xảy ra khi vật liệu được phục hồi để tái chế và phân hủy, do đĩ ảnh hưởng đến thành phần của chất thải thừa hiện cĩ. Điều này sẽ ảnh hưởng đến tổng giá trị sinh nhiệt của những thứđược đem đốt, và dẫn đến những lo ngại về sự tương thích trong việc tái chế với thiết kế từ - chất thải – sang – năng lượng ( ENDS, 1992 ).
Trong khi bất kì thiết kế tái chế hay phục hồi nguyên liệu sẽ làm giảm tổng khối lượng vật liệu đi qua của lị đốt hỗn hợp, thể tích sinh nhiệt trung bình của khối lượng vật liệu đi qua cĩ thể tăng hoặc giảm, tùy thuộc vào những phần nào sẽ
bị loại ra. Nhiều nghiên cứu đã quan tâm đến tác động này (hình 8.4). Về tổng thể, phục hồi thủy tinh và thép để tái chế sẽ làm tăng thể tích sinh nhiệt trung bình, sẽ
phân chia tập hợp vật liệu dễ bị thối rữa đểđem đi phân hủy.
Giá trị sinh nhiệt của nguyên liệu đem đi chế biến cùng sự khơng ổn định của chúng cần được lưu ý khi xây dựng một lị đốt CTRĐT. Những vấn đề với giá trị sinh nhiệt của chất thải đầu vào tăng lên trên khả năng phát nhiệt của một nhà máy cĩ lị đốt đã được đối phĩ ở Thụy Sĩ và Nhật Bản. Ở hai quốc gia này, nhựa hiện nay đang cần bị loại trừ khỏi nguyên liệu chế biến đầu vào để tránh gây tổn hại
đến một số lị đốt. Ở Hi Lạp, tỉ lệ chất thải dễ bị thối rữa ở mức cao đã làm cho giá trị sinh nhiệt giảm quá thấp để cĩ thể gây cháy hiệu quả.
http://www.ebook.edu.vn 217
site) sẽ thật sự phản ánh mức độ xử lý khí nĩng. Bảng 8.6 cho thấy sự tiêu thụ năng lượng của những phần khác nhau của thiết bị làm sạch khí trong lị đốt chất thải độc hại ở Vienna. Trong trường hợp này, hầu hết tất cảđiện năng phục hồi từ chất thải
đều được tiêu thụ tại chỗ. Để đốt CTRĐT, ETSU (1993) đề nghị khoảng 14% điện năng vận hành được tiêu thụ tại chỗ, với sự tiêu thụ đặc biệt khoảng 70kW-h/tấn
được đốt đi. Năng lượng cũng cần ở dạng khí thiên nhiên, để làm nĩng lị đốt trong suốt quá trình khởi động. Về vấn đề này, ETSU đưa ra con số trung bình là 0.23m3/tấn.
Đối với NLTR và nhiên liệu đã được lựa chọn đểđốt như giấy, nhựa, sẽ cĩ một số năng lượng được tiêu thụ bởi thiết bị làm sạch khí nĩng, mặc dù khơng cĩ số liệu nào về vấn đề này. Cĩ lẽ nĩ thấp hơn đối với quy trình đốt CTRĐT, vì cĩ rất ít nhà máy để vận hành và nguyên liệu để chế biến rất ít gây ơ nhiễm, do đĩ khí nĩng khơng cần phải được làm sạch nhiều. Cĩ thể giải thích rằng cĩ sự tiêu thụ
năng lượng là 20kW-h/tấn NLTR hoặc nhiên liệu giấy, nhựa được đem đốt. 8.8.3 Sản phẩm đầu ra
Sản xuất năng lượng
Năng lượng thải ra trong suốt quá trình đốt cĩ thểđược sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau (sản xuất hơi nước và nhiệt năng, sản xuất điện năng), mỗi mục đích đều đi kèm với tỉ lệ chuyển hĩa tổng số năng lượng hữu ích đã được sản xuất.
Sựđốt cháy tập trung
Sản xuất năng lượng phụ thuộc vào thành phần CTRĐT, và sẽ cao hơn ở
những quốc gia cĩ tỉ lệ giấy và nhựa cao (chủ yếu ở Bắc Âu) và thấp hơn ở những quốc gia cĩ tỉ lệ chất thải hữu cơướt hoặc dễ thối rữa cao (Nam Âu). ỞĐức, giá trị
trong chuỗi là 8.3 – 9.2 MJ/kg ( Bechtel và Lentz, chưa xuất bản ), Thụy Điển là 7- 11 MJ/kg ( Svedberg,1992 ) và ở Anh, tổng giá trị sinh nhiệt là 8.4 – 10 MJ/kg (Barton, 1986, Borteous, 1991). Rất cần thiết xác định lượng nước chứa trong CTRĐT được nhận tại lị đốt, vì điều này sẽ làm giảm tổng giá trị sinh nhiệt mỗi kg, vì khối lượng (ảnh hưởng bởi sự pha lỗng) và lượng nhiệt bay hơi tiềm tàng. Trong trường hợp ở Anh, việc này làm giảm tổng giá trị sinh nhiệt của CTRĐT từ
8.4 MJ/kg xuống cịn 7.06 MJ/kg. Thử so sánh, giá trị sinh nhiệt cho dầu nhiên liệu là 40 – 42 MJ/kg, cho than đá rắn là 25 -30MJ/kg, cho than bùn là 9 – 13 MJ/kg cho gỗ lát là 7 – 13 MJ/kg (Svedberg,1992 ).
Để cho phép sự thay đổi trong nguyên liệu chế biến đầu vào, giá trị sinh
nhiệt của nguyên liệu đầu vào cho những lị đốt CTRĐT sẽđược tính tốn từ thành
phần, sử dụng những giá trị sinh nhiệt đặc biệt cho vật liệu đưa ra.
NLTR
Chuỗi giá trị sinh nhiệt của NLTR thay đổi từ 11 đến 18 MJ/kg (số liệu Thụy Điển, Svedberg,1992 ) đến 18 – 20 MJ/kg (số liệu Anh, Ogilvie, 1992). Giá trị chính xác sẽ thay đổi theo thành phần của chất thải ban đầu, và quy trình dùng
để sản xuất NLTR.
Nhiên liệu phân loại từ nguồn
Giá trị sinh nhiệt của nhiên liệu được chọn này sẽ phụ thuộc vào tỉ suất giấy/nhựa bịđốt. Tổng giá trị sinh nhiệt của mỗi phần được đưa ra được sử dụng để
tính tốn những giá trị sinh nhiệt của bất kì hỗn hợp đặc biệt nào.
Phục hồi năng lượng
Khơng phải tất cả lượng nhiệt năng ban đầu giải phĩng trong một lị đốt cĩ thểđược phục hồi dưới một dạng hữu ích, và mức độ phục hồi phụ thuộc vào cách sử dụng cần bao nhiêu năng lượng. Vì những nồi hơi thêm vào những lị đốt chất thải cơng cộng phải vận hành ở nhiệt độ thấp hơn của hơi nước để giảm sự mài mịn, những lị đốt sản xuất điện năng chỉ cĩ hiệu quả chuyển hố khoảng 20% (RCEP, 1993 ). ETSU (1993) ước lượng tổng năng lượng sản xuất là 520kW-h/tấn chất thải với tổng giá trị sinh nhiệt là 8.01GJ/tấn, hiệu quả chuyển hố là 23% cho một nhà máy cĩ cơng suất 200 000tấn/năm. Một khi sự tiêu thụ năng lượng tại chỗ
http://www.ebook.edu.vn 219
một nhà máy, chẳng hạn ở Frankfurt, đốt 420.000 tấn chất thải mỗi năm cĩ thể
cung cấp cho 30 000người cả điện năng lẫn nhiệt năng, thay thế nhu cầu khoảng 64.000 tấn nhiên liệu dầu mỗi năm (Bechtel và Lentz, chưa xuất bản).
Hiệu quả sản xuất điện năng là 20% sẽứng với những lị đốt CTRĐT. Đối với những nhà máy đốt NLTR hoặc nhiên liệu giấy/nhựa, hiệu quả cao hơn là 30% vì thành phần tự nhiên của nguyên liệu đầu vào đồng nhất và được kiểm sốt hơn.
Khí thải
Vì cĩ sự chuyển hố tồn thể, bất cứ vật liệu nào đưa vào quy trình đốt đều thốt ra trong một trạng thái này hay khác. Mặc dù những chất hữu cơ gây ơ nhiễm cĩ thể bị phá hủy thành những phân tử vơ hại, các kim loại nặng trong dịng chất thải hoặc sẽ chuyển thành tro (xỉ), thốt ra dưới dạng bụi qua bộ lọc hoặc tan vào khơng khí. Tổng thể tích vẫn như cũ, do đĩ làm sạch khí nĩng trở nên rất hiệu quả
và rất ít chất hữu cơ gây ơ nhiễm thốt vào khơng khí, và số lượng tập trung từ quy trình làm sạch khí sẽ tăng lên.
Đốt cháy tồn bộ
Những chất gây ơ nhiễm đáng chú ý nhất thốt ra từ quy trình đốt CTRĐT là những khí axit (hydro clorid, sulphur dioxid, nitrogen oxit), cacbon dioxid, những kim loại nặng (thủy ngân, catmi, chì...), dạng hạt và dioxin/dibenzofuran ( PCDD/PCDFs) (Clayton et al., 1991). Vì cĩ những giới hạn trong luật về sự phát thải được đặt ra trong hệ thống tập trung những chất gây ơ nhiễm trong khí thốt ra từ những ống khĩi lị đốt, hầu hết số liệu đều được thu thập theo dạng này. Số liệu về khí thải từ lị đốt CTRĐT được trình bày trong bảng 8.5, nhưng vì mức độ phát thải ra khơng khí sẽ thay đổi theo thiết bị làm sạch khí được sử dụng nên khơng thể đưa ra những con số cụ thể. Sự tiếp cận được lựa chọn là khí thải từ lị đốt đều phải nằm trong giới hạn của hướng dẫn EC, vì tất cả lị đốt của các quốc gia liên minh châu Âu phải đạt được tiêu chuẩn này vào năm 1996. Bảng 8.7 là sự phát thải ước lượng cho quy trình đốt CTRĐT, dựa trên sự tiếp cận này (IFEU, 1992). Để chuyển
đổi những sự tập trung này vào số lượng phát ra mỗi tấn, cần phải tăng thể tích khí nĩng được sản xuất lên; IFEU (1992) sử dụng con số 5.000N m3 của khí nĩng mỗi tấn CTRĐT được đốt ( Fichtner, 1991).
Khối lượng cacbon dioxit thốt ra khơng thể được tính bằng cách này, vì khơng cĩ giới hạn trong luật cho loại khí này. Thể tích thốt ra cĩ thể tính từ thể
tích cacbon trong phần CTRĐT, giải thích rằng tất cả cacbon đều thốt ra dưới dạng cacbon dioxit.
Để đếm những biến thể trong thành phần của CTRĐT, sự phát nhiệt tăng lên từ mỗi phần của dịng chất thải cần phải làm cho đồng nhất. Những số liệu như
vậy khơng thích hợp, và trong một vài trường hợp phát nhiệt, ví dụ như dioxin hình thành những de novo trong quy trình đốt khơng thểđược quy về cho bất cứ thành phần chất thải về chi tiết. Bởi vì điều này, sự phát nhiệt của CTRĐT trong bảng 8.7
được quy đều cho tất cả những phần đưa vào trong quy trình đốt cháy tồn bộ. Cacbon dioxid cĩ thể được chấp nhận theo cách này, được quy về theo thể tích cacbon trong mỗi thành phần.
NLTR và nhiên liệu phân loại từ nguồn
Số liệu về việc đốt NLTR, giấy và nhựa cũng thể hiện trên bảng 8.7. Lưu ý rằng số liệu về việc đốt NLTR đều từ những cuộc thử nghiệm của Anh chỉ áp dụng với thiết bị kết tủa bụi. Sử dụng thiết bị lọc khí sẽ làm giảm sự phát nhiệt ra khơng khí nhưng sẽ làm tăng sự vận hành chất thải rắn từ bộ lọc.
Nước thải
Vấn đề chỉ tăng lên từ việc sử dụng thiết bị làm sạch khí ẩm. Con sốđưa ra từ tổng số chuỗi sản xuất nước thải từ 200 – 770 l/tấn chất thải đầu vào (SPMP, 1991; Bechtel và Lentz, chưa xuất bản; ETSU,1993). Tất cả nước thải đều được xử
lý tại chỗ, kết quả là chỉ cĩ bùn bị loại bỏ.
Chất thải rắn
Chất thải rắn thừa lại từ quy trình đốt tăng lên từ hai nguồn chính sau: cặn
thừa trong quy trình đốt (tro cặn và tro bay) và chất thải rắn thừa từ hệ thống làm
http://www.ebook.edu.vn 221
của quy trình đốt cháy tồn bộ trong một hệ thống CTRĐT, khối lượng tro cặn
được tính từ khối lượng tro của mỗi phần chất thải.
Hệ thống làm sạch khí khơ cho ra khoảng 45 – 52 kg bụi và cặn thừa (calcium cloride và vơi thừa) trên mỗi tấn chất thải. Quy trình bán ẩm và bán khơ cũng tương tự, cho ra khoảng 40 kg tro nhẹ là trộn lẫn giữa calcium cloride và vơi thừa trên mỗi tấn chất thải. Lọc khí ẩm cho ra 20 – 30 kg bụi và 2.5 – 12 kg cặn bùn trên mỗi tấn chất thải (SPMP, 1991; Bechtel và Lentz, chưa xuất bản; ETSU,1993 ). Đối với mỗi tấn CTRĐT được đốt, 20 kg bụi và 12 kg cặn bùn được cho ra từ hệ thống làm sạch khí (IFEU,1991).
Việc đốt NLTR sẽ dần cho ra một lượng khoảng 86kg tro/cacbon/tấn nguyên liệu đầu vào, với hơn 1.8kg tro lọc ra từ khí nĩng (Ogilvie, 1992). Số liệu khơng chắc chắn với cặn thừa từ việc điều hịa sự phát nhiệt, nhưng cũng gần như
tương tự như trên khi đốt tập trung. Nếu cho là cĩ trên 12kg cặn bùn cho ra từ việc lọc khí, sẽ cho ra tổng số 13.8 kg từ quy trình làm sạch khí.
Nhiên liệu phân loại từ nguồn
Khối lượng tro của những phần khác nhau của dịng chất thải phải được thêm vào chất thải rắn sản xuất ra từ quy trình làm sạch khí, để cho ra tổng số chất thải rắn được sản xuất. Những con số được đưa ra bởi Habersatter (1991) cho tổng số chất thải rắn từ quy trình đốt ở Thụy Sĩ là 35 kg/tấn nguyên liệu nhựa đầu vào, và 87 kg/ tấn giấy/bìa, nhưng đây là những thống kê dè dặt hơn những dữ liệu đưa ra cho khối lượng tro của Barton (1986) đối với chất thải ở Anh. Sản xuất tro cặn
được tính từ tỉ lệ khối lượng tro: chất cặn từ việc làm sạch khí được giải thích giống nhưđối với việc đốt NLTR trình bày ở trên.
