Quốc gia Loại lị đốt Cơng suất Phát thải Tác giả
Đài Loan Lò đốt chất thải đơ thi (2 lị đốt) 12,5 và 18,75 tấn/giờ 4,8 và 4,64 ng I-TEQ/Nm3 Chang (2002) [37] Lị đốt chất thải đơ thị (1 lò đốt) 450 tấn/ ngày 0,143 ng TEQ/Nm3 Chang (2004) [38] Lò đốt chất thải đơ thị (2 lị đốt) 0,092 và 0,023 ng I-TEQ/Nm3 Kao (2007) [55]
Lò đốt chất thải cơng nghiệp (2 lị đốt) 0,137-10,245 ng I-TEQ/Nm3 Kao (2007) [55] 1 lò đốt chất thải y tế 0,861 ng I- TEQ/Nm3 Kao (2007) [55] Hàn Quốc 43 lò đốt chất thải đơ thị 7 lị đốt chất thải y tế 40 -195 kg/giờ 95-190 kg/giờ 0,05-609,27 ng I-TEQ/Nm3 Choi (2008) [30] 1 lò đốt chất
thải công nghiệp 4 tấn/giờ
1,907 ng I- TEQ/Nm3 Kim (2005) [18] Lị đốt chất thải đơ thị (11 lò đốt) 25 -300 tấn/ngày 0,13 -36,5 ng I-TEQ/Nm3 Oh (1999) [28] Lò đốt chất thải y tế (1 lò) 177 kg/giờ 5,86 ng I- TEQ/Nm3 1 Lị đốt chất
thải cơng nghiệp 635 kg/giờ
0,03 ng I- TEQ/Nm3 Lò đốt chất thải loại nhỏ (3 lò đốt) 50- 90 kg/giờ 0,25 -43,3 ng I-TEQ/Nm3 Trung Quốc Lị đốt chất thải đơ thị (19 lò đốt) 150 -500 tấn/ngày 0,042-2,461 ng TEQ/Nm3 Trung bình: 0,423 ng TEQ/Nm3 Ni (2009) [58] Lị đốt chất thải y tế (14 lò đốt) 5 -25 tấn/ngày 0,08 -31,6 ng I-TEQ/Nm3 Gao (2009) [27] Lò đốt chất thải
đơ thị (2 lị đốt) TEQ/Nm3 [25] Việt Nam 2 lị đốt chất thải cơng nghiệp 200 kg/giờ 3,24 -5,08 ng TEQ/Nm3 1 lò đốt chất
thải công nghiệp 500 kg/giờ
2,9 ng TEQ/Nm3 1 lị đốt chất
thải cơng nghiệp 1000 kg/giờ
17,9 ng TEQ/Nm3
Từ Bảng 3.5, ta có thể so sánh đƣợc kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn với kết quả nghiên cứu của các tác giả thuộc các quốc gia ở Châu Á. Trong nghiên cứu tại Đài Loan về 2 lò đốt chất thải đơ thị, hàm lƣợng dioxin phát thải vào khơng khí là 4,8 và 4,64 ng I-TEQ/Nm3
[37]. Hàm lƣợng hai lò này thấp hơn 3,7 lần so với lò đốt IWI3 và 1,07 lần so với lò IWI3 nhƣng cao hơn 2 lò đốt IWI1, IWI2 lần lƣợt là 1,6 và 1,45 lần. Tuy nhiên 2 lị đốt này có cơng suất là 12,5 tấn/giờ và 18,75 tấn/giờ cao hơn công suất 4 lị đốt đƣợc trình bày trong luận văn.
Hình 3.7: So sánh nồng độ dioxin phát thải ở Việt Nam với một số nước Châu Á
Một nghiên cứu khác của Kao về 2 lò đốt chất thải đô thị cho ta thấy nồng độ dioxin phát thải vào khơng khí là 0,092 -0,023 ng I-TEQ/Nm3 [55]. Giá trị này thấp
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Lị đốt chất thải cơng
nghiệp Lò đốt chất thải đơ thị Lị đốt chất thải y tế
Nồng độ TEQ (ng TEQ/Nm 3 ) Đài Loan Hàn Quốc Trung Quốc Việt Nam
hơn 4 lị đốt đƣợc trình bày trong luận văn trong khoảng từ 126 -778 lần. Nghiên cứu của Ni đối với 19 lị đốt chất thải đơ thị có cơng suất 6,25 đến 20,8 tấn/giờ cho hàm lƣợng phát thải dioxin/furan vào không khí là 0,042 -2,461 ng TEQ/Nm3 và nồng độ trung bình là 0,423 ng TEQ/Nm3 [58]. Nồng độ trung bình của 19 lị đốt này thấp hơn giá trị của lò đốt IWI1, IWI2, IWI3 và IWI4 lần lƣợt 6,8, 7,6, 42, 3 và 12 lần. Kết quả hàm lƣợng dioxin phát thải vào khơng khí cao là do những yếu tố sau: công nghệ lị đốt, chất thải đầu vào và cơng nghệ xử lý khí thải. Điều này có thể giả thích qua nghiên cứu tại Đài Loan vào năm 2002 và 2004, lò đốt nghiên cứu vào năm 2004 có cơng suất 450 tấn/ngày so với 2 lò nghiên cứu vào năm 2002 là 300 tấn/ngày và 450 tấn/ngày thì kết quả cho thấy lò đƣợc nghiên cứu vào năm 2004 có hàm lƣợng phát thải là 0,143 ng TEQ/Nm3 thấp hơn 2 lò nghiên cứu vào năm 2002 là 4,8 và 4,64 ng TEQ/Nm3
[37, 38].
Bên cạnh các so sánh với lị đốt chất thải đơ thị ta có thể so sánh với lị đốt chất thải công nghiệp. Nghiên cứu của Kim cho ta kết quả về một lò đốt chất thải cơng nghiệp có hàm lƣợng dioxin/furan phát thải là 1,907 ng I-TEQ/Nm3
[18]. Kết quả này đem so sánh với 4 lị đốt chất thải cơng nghiệp trong luận văn cho giá trị thấp hơn trong khoảng 1,5 đến 9,3 lần mặc dù cơng suất của lị đốt này là 4 tấn/giờ. Cũng một nghiên cứu khác của Oh về lị đốt chất thải cơng nghiệp có cơng suất 635 kg/giờ cho kết quả hàm lƣợng dioxin phát thải vào khơng khí là 0,03 ng I- TEQ/Nm3 [28], kết quả này thấp hơn tiêu chuẩn thế giới 3,3 lần và thấp hơn so với lị IWI1 là 96,6 lần mặc dù hai lị có cơng suất gần tƣơng đƣơng nhau.
Mặt khác, nghiên cứu của Kao về lò đốt chất thải y tế cho kết quả hàm lƣợng dioxin phát thải là 0,861 ng I-TEQ/Nm3
[55]. Kết quả của 4 lò IWI1, IWI2, IWI3, IWI4 cao hơn kết quả của lò chất thải y tế này lần lƣợt là 3,3, 3,7, 20,8 và 5,9 lần. Nghiên cứu của Gao về 14 lị đốt chất thải y tế có cơng suất từ 5-25 tấn/ngày cho giá trị hàm lƣợng dioxin/furan phát thải từ 0,08 đến 31,6 ng I-TEQ/Nm3
[26].Nhƣ vậy, có một số kết quả từ 14 lị đốt trên có giá trị cao hơn 4 lò đốt nghiên cứu trong luận văn.
3.5.Đề xuất giải pháp giảm thiểu phát thải dioxin/furan từ lị đốt chất thải cơng nghiệp
3.5.1. Phân loại thành phần chất thải đầu vào và vận hành lò đốt
Thành phần chất thải đầu vảo ảnh hƣởng đến sự hình thành dioxin/furan trong quá trình đốt. Vì vậy trƣớc khi tiến hành đốt cần phải phân loại chất thải nhƣ chất thải công nghiệp thông thƣờng và chất thải công nghiệp nguy hại, tỷ lệ phối trộn các loại chất thải để có đƣợc giá trị nhiệt trị lớn nhất.
Trong quá trình đốt, việc đốt theo mẻ dẫn đến công suất không cao do mất thời gian khi khởi động và dừng lò, hoặc khi tro đã đầy phải lấy ra đối với các lị khơng lấy tro giữa q trình đốt. Quy trình kiểm sốt, vận hành cịn thủ cơng hoặc chƣa tự động hố cao nên khó có thể đốt các CTNH đặc biệt độc hại nhƣ các chất có chứa halogen (ví dụ PCB, thuốc bảo vệ thực vật cơ clo). Bên cạnh đó, lị đốt tĩnh thƣờng khơng đốt đƣợc hoặc đốt không hiệu quả đối với các loại chất thải khó cháy và có độ kết dính cao nhƣ bùn thải. Nhiều lị đốt, đặc biệt các lò giá rẻ thƣờng hay bị trục trặc hệ thống béc đốt hoặc hệ thống xử lý khí thải (nhƣ bị thủng ống khói do hơi axit).
Để khắc phục, các lò đốt cần đƣợc nghiên cứu nâng cấp một số đặc điểm nhƣ bổ sung biện pháp lấy tro trong quá trình đốt để kéo dài thời gian vận hành, lắp hệ thống quan trắc tự động liên tục, tăng cƣờng tự động hoá hệ thống nạp CTNH và điều khiển.
3.5.2.Kiểm sốt Dioxin/furan trong q trình đốt
3.5.2.1.Cải tiến điều kiện đốt
Trong quá trình đốt, các yếu tố nhiệt độ đốt, thời gian lƣu khí, sự xáo trộn giữa oxy và chất thải, quá trình tiền xử lý chất thải, bổ sung nhiên liệu và cung cấp oxy sẽ ảnh hƣởng đến sự hình thành dioxin/furan. Trong đó ba yếu tố đƣợc quan tâm nhiều nhất là nhiệt độ, thời gian lƣu khí, sự xáo trộn. Với nhiệt độ đốt cháy là 850oC thì thời gian lƣu khí là 2 giây trong khi nhiệt độ là 1000oC thì thời gian lƣu khí là 1 giây là điều kiện cần thiết cho sự phân hủy hoàn toàn dioxin. Sự hỗn loạn trong buồng đốt cũng là điều kiện cần thiết để kết hợp khí và nhiên liệu. Bên cạnh
đó, một lị đốt rác cũng cần phải đáp ứng các yêu cầu về oxy và chất thải. Thiếu oxy dẫn đến q trình cháy khơng hồn tồn của chất thải trong khi đó nếu nhƣ dƣ thừa oxy có thể thúc đẩy sự hình thành dioxin/furan. Ngồi ra, cần phải xem xét các đến các thành phần có trong rác thải, nó là điều kiện cần thiết để xử lý rác thải hoặc phối trộn các loại rác thải.
3.5.2.2.Kiểm sốt cấu hình nhiệt độ khí thải
Cơ chế tổng hợp de novo là cơ chế quan trọng cho sự hình thành dioxin xảy ra trong buồng đốt thứ cấp của lò đốt. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiệt độ đốt và thời gian lƣu khí ở buồng đốt thứ cấp là thơng số quan trọng ảnh hƣởng đến sự hình thành các hợp chất vịng thơm clo.
Vì vậy, để giảm thiểu sự hình thành dioxin cần giảm thời gian lƣu của khí thải trong buồng đốt thứ cấp hoặc làm cho nhiệt độ khí thải trong buồng đốt thứ cấp giảm nhanh xuống dƣới 250oC. Điều này đƣợc thể hiện thông qua thông số đó là tốc độ làm mát hay làm nguội khí thải. Tốc độ làm mát khác nhau sẽ ảnh hƣởng đến sự hình thành dioxin/furan khác nhau. Theo Bucken A và cộng sự (1998) đã chỉ ra rằng để nồng độ PCDD/Fs là 1 ng-TEQ/Nm3 thì tốc độ làm mát là 500 đến 1000oC/s. Tuy nhiên, điều này khó có thể xảy ra trong thực tế vì lƣợng khí thải rất lớn.
3.5.2.3. Tách tro bay
Nhiệt độ bề mặt thấp là cơ chế phản ứng xúc tác chính cho sự hình thành dioxin/furan xảy ra trong buồng đốt thứ cấp. Sự xuất hiện của cơ chế này cần thiết cho cho hoạt động của bề mặt chất rắn nhƣ tro bay. Vì vậy, về mặt lý thuyết, nếu nhƣ chúng ta có thể tách các hạt tro bay trƣớc khi khí thải đi vào buồng đốt thì sự hình thành PCDD/PCDF sẽ đƣợc giảm thiểu.
Sử dụng thiết bị cyclon là phƣơng pháp để tách các hạt tro bay trong khí thải. Tuy nhiên hợp chất vịng thơm clo giảm thiểu khơng đáng kể. Phƣơng pháp loại bỏ bụi chỉ tách đƣợc những hạt cho bay có kích thƣớc lớn, trong khi các hạt tro bay có kích thƣớc nhỏ góp phần quan trọng trong sự hình thành hydrocacbon vịng thơm có chứa clo. Cơ chế hình thành của dioxin trong quá trình đốt rất phức tạp và nó có thể
ảnh hƣởng đến q trình tách tro bay. Do đó, rất ít các nghiên cứu tập trung vào các phƣơng pháp tách tro bay trong những năm gần đây.
3.5.2.4.Bổ sung chất phụ gia vô cơ
Việc thêm các chất ngăn cản sự hình thành của dioxin trong quá trình đốt là phƣơng pháp kiểm soát dioxin chủ yếu đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi bởi nhiều nghiên cứu. Nói chung, các chất phu gia bao gồm hợp chất chứa lƣu huỳnh, các hợp chất cơ bản và amoniac. Amoniac thƣờng đƣợc sử dụng trong việc loại bỏ NOx và PCDD/Fs thông qua các phản ứng xúc tác.
Mức độ clo trong khí thải là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự hình thành của dioxin, các hợp chất có tính kiềm có khả năng hấp thụ HCl có thể làm giảm mức độ dioxin. Hiện nay, hợp chất chứa Ca (dung dịch nƣớc vôi) đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng rộng rãi cho thấy khả năng hấp thụ axit HCl và các loại khí khác. Tuy nhiên, sự hấp thụ các khí có tính axit sau q trình đốt thứ cấp đồng nghĩa với việc HCl tồn tại trong khí thải, dẫn đến sự ăn mịn thiết bị và tái tạo dioxin. Việc loại bỏ đƣợc HCl trong buồng đốt thứ cấp làm giảm đáng kể sự hình thành của dioxin/furan. Tuy nhiên, hiệu quả hoạt động của các chất chứa Ca đối với HCl trong vùng nhiệt độ cao là rất thấp. Tsuyumoto và cộng sự [44, 45] đã đề xuất sử dụng bọt Natri silicat để hấp thụ HCl và ngăn chặn sự hình thành của dioxin tốt hơn so với hợp chất chứa Ca. Mặc dù nồng độ HCl là yếu tố kiểm sốt nồng độ dioxin khơng đƣợc thể hiện rõ, một vài nghiên cứu chỉ ra rằng dù thêm các chất có tính kiềm có thể làm giảm nồng độ HCl nhƣng nồng độ dioxin vẫn có thể cao.
Các hợp chất chứa lƣu huỳnh (ví dụ nhƣ Na2S, SO2, SO3, Na2S2O3) thƣờng đƣợc sử dụng và có ảnh hƣởng đến sự hình thành dioxin. Nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ cho thấy rằng SO2 có thể ngăn cản chất xúc tác của CuCl2. Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác cho thấy SO2 làm gia tăng sự hình thành dioxin.
3.5.3.Loại bỏ PCDD/PCDF trong khí thải.
3.5.3.1.Lọc cùng với lọc túi vải hay lọc bụi tĩnh điện
Máy lọc kết hợp với với lọc túi vải hay lọc bụi tĩnh điện có tác dụng tốt cho loại bỏ PCDD/Fs. Ví dụ, Kim và cộng sự cho thấy hiệu quả loại dioxin với một hệ
thống làm sạch khí bao gồm bộ phận tản nhiệt, lọc và lọc bụi tĩnh điện ƣớt cho hiệu quả 90 -92% bên cạnh đó loại bỏ NOx, SOx, HCl và bụi [31].
Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lọc kiểu ƣớt có thể dẫn đến sự gia tăng PCDD/Fs, đây là nguồn tiềm năng ơ nhiễm. Ngun nhân chính là PCDD/Fs sẽ hấp thụ và giải hấp giữa khí thải và chất phụ trong lọc kiểu ƣớt. Việc cho thêm cácbon hoạt tính hay cải thiện cấu trúc lọc kiểu ƣớt sẽ làm giảm việc này. Li và cộng sự cho thấy lọc túi vải cũng có tác dụng làm giảm sự hình thành PCDD/Fs [34]. Để giảm sự hình thành dioxin, điều kiện đốt phải ln luôn ổ định và phải thay thế các bộ lọc đã hết hạn theo định kỳ.
3.5.3.2. Sự hấp thụ cácbon hoạt tính
Quá trình hấp thụ cácbon hoạt tính gồm 2 bƣớc: thứ nhất, than hoạt tính đƣợc đƣa vào trong dịng khí thải để loại bỏ PCDD/Fs; sau đó, lọc bụi tĩnh điện hay lọc túi vải đƣợc đặt ở cuối dịng khí để sử dụng loại các hạt than hoạt tính và bụi cịn sót lại. Việc thêm cácbon hoạt tính, q trình hấp thụ cácbon có thể chia làm ba loại khác nhau: dịng khí bị cuốn, sự di chuyển thành lớp, quá trình cố định theo lớp. Hiệu quả của việc sử dụng cácbon hoạt tính rất cao, kỹ thuật này đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lò đốt rác và nghiên cứu tập trung hơn trong các hiện tƣợng hấp thụ và đặc điểm của q trình hấp thụ cácbon hoạt tính trong những năm gần đây.
Hấp thụ cácbon hoạt tính là kỹ thuật tiện lợi và đơn giản nhƣng vẫn còn một số vấn đề. Đầu tiên, cácbon hoạt tính cần đƣợc cho vào khí thải làm mát để ngăn cản sự tổng hợp de novo. Thứ hai, quá trình này cần một lƣợng lớn than hoạt tính dẫn tới việc tăng chi phí đốt rác. Để thực hiện điều này, cần một hệ thống kết hợp bộ phận hút bám và buồng hồn nhiệt hay hệ thống lọc túi vải đơi đƣợc sử dụng.
3.5.4.Áp dụng một số cơng nghệ lị đốt mới
Hiện nay, công nghệ đốt chất thải tại Việt Nam chủ yếu sử dụng lò đốt hai buồng đốt để xử lý chất thải cơng nghiệp. Vì vậy, để giảm thiểu phát thải dioxin/furan từ hoạt động đốt chất thải thì cần đầu tƣ thêm một số cơng nghệ lị đốt chất thải mới.
Lò đốt quay: cơng nghệ này tƣơng tự lị đốt tĩnh hai buồng đốt, chỉ khác là buồng đốt sơ cấp có dạng trụ quay (nhƣ lị xi măng). Cơng nghệ này có ƣu điểm có thể đốt các loại chất thải khó cháy nhƣ bùn thải do chất thải đƣợc khuấy trộn tốt trong lò quay. Nhƣng nhƣợc điểm của cơng nghệ này là chi phí đầu tƣ lớn, địi hỏi tiêu chuẩn cơ khí cao. Ngồi ra, lị quay phát sinh nhiều bụi nên cần phải đầu tƣ thêm hệ thống lọc bụi túi vải hoặc lọc bụi tĩnh điện. Hiện nay Việt Nam đang có một số cơ sở nghiên cứu lắp đặt lò đốt quay nhƣng đều chƣa đến giai đoạn đƣợc cấp phép.
Lị plasma: Cơng nghệ lị đốt plasma là công nghệ rất hiện đại, sử dụng nhiệt
độ rất cao để phá huỷ hồn tồn các chất hữu cơ, chuyển hố thành các khí tổng hợp và tạo ra xỉ là thuỷ tinh với khối lƣợng xỉ tạo ra là ít nhất so với các cơng nghệ đốt