CHƢƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.2.TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP VÀ THU
cao nhất, theo sau là rác vƣờn, tả lót và rác cơng nghiệp (loại 2), giấy và vải sợi (loại 3), cuối cùng là gỗ và rơm (loại 4) có tốc độ phân huỷ chậm nhất.
- Việc lựa chọn 4 loại khí hậu khác nhau dựa trên nhiệt độ trung bình hàng năm, lƣợng mƣa và bốc hơi nƣớc (cho khí hậu ôn đới). Các loại khí hậu bao gồm nhiệt đới ẩm ƣớt, ôn đới ẩm, nhiệt đới khô hạn và ôn đới khô hạn. Mô hình sẽ gán các giá trị k cho mỗi loại rác thải dựa vào điều kiện khí hậu cũng nhƣ tốc độ phân huỷ.
- Mơ hình cịn có sự trừ hao hệ số hiệu chỉnh cho sự phân huỷ hiếu khí xảy ra tại các khu chôn lấp không đƣợc quản lý.
Nhờ các đặc điểm trên, mơ hình IPCC hiện nay là cơng cụ tốt nhất để ƣớc tính sản lƣợng metan từ các BCL tại nhiều quốc gia.
2.2. Tổng quan về chất thải rắn công nghiệp và thu hồi dầu nhiên liệu từ nhiệt phân phân
2.2.1. Hiện trạng về rác thải công nghiệp
Chất thải công nghiệp đƣợc xác định là chất thải phát sinh do sản xuất hoặc các quy trình cơng nghiệp. Các loại chất thải cơng nghiệp phát sinh bao gồm vỏ cà phê, bụi bẩn, sỏi, gạch, bê tông, kim loại phế liệu, phế thải, dầu, dung mơi, hóa chất, cỏ dại và cây, gỗ và gỗ phế liệu, chất thải tƣơng tự. Chất thải rắn cơng nghiệp - đó có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí đƣợc chứa trong các thùng chứa - đƣợc chia thành chất thải nguy hại và khơng nguy hại. Chất thải nguy hại có thể là kết quả của quá trình sản xuất hoặc công nghiệp khác. Một số sản phẩm thƣơng mại nhƣ chất làm sạch, sơn hoặc thuốc trừ sâu bỏ đi của các cơ sở, cá nhân thƣơng mại cũng có thể đƣợc định nghĩa là chất thải nguy hại. Chất thải công nghiệp không nguy hại là những loại không đáp ứng định nghĩa về chất thải nguy hại của EPA - và không phải là rác thải đô thị. Chất thải công nghiệp là một vấn đề kể từ khi cuộc cách mạng cơng nghiệp. Chất thải cơng nghiệp có thể gây độc, dễ bắt lửa, ăn mòn hoặc phản ứng. Nếu không đúng quản lý, chất thải này có thể gây nguy hiểm sức khỏe và môi trƣờng. [1]
Hiện nay, TP Hồ Chí Minh có khoảng gần 30.000 xí nghiệp cơng nghiệp qui mơ vừa và nhỏ và trên 800 nhà máy lớn (gồm 17 nhà máy trong phạm vi khu công nghiệp và khu chế xuất). Do TP HCM chƣa có đơn vị nào xử lý chất thải công nghiệp nào nên toàn bộ chất thải rắn và nƣớc thải công nghiệp đều đƣợc xả thải vào các kênh rạch, hệ thống thoát nƣớc đô thị, đƣợc chôn lấp trong các bãi chôn lấp không đúng qui cách hoặc chôn lấp bất hợp pháp. Trên cơ sở khảo sát thực tế,
42
Trung tâm Công nghệ mơi trƣờng (ENTEC) đã ƣớc tính khối lƣợng chất thải rắn công nghiệp và chất thải nguy hại tại TP. Hồ Chí Minh năm 2010 là 2.111.165 tấn chất thải rắn cơng nghiệp; trong đó có 333.738 tấn chất thải rắn nguy hại, 4.166 tấn chất thải y tế, 28.240 tấn dầu nhớt từ rửa, sửa chữa xe máy, 48.144 tấn bùn từ chế biến thực phẩm, 43.800 tấn bùn độc hại từ các ngành khác.
Vào năm 2020, chất thải rắn công nghiệp của thành phố sẽ tăng lên 5.475.819 tấn, trong đó có 865.631 tấn chất thải nguy hại. Kết quả nghiên cứu thành phần chất thải rắn công nghiệp của 15 ngành công nghiệp cho thấy chất thải từ ngành chế biến thực phẩm chiếm 31,4%, dệt nhuộm 12,8%, may mặc 2,7%, da 2%, giấy và bột giấy 12,2%, gỗ 5,6%, nhựa và cao su 6,4%, dầu khí 0,06%...Phần lớn chất thải từ các ngành này đều có thể cháy đƣợc (chiếm 73,16%). Trong số đó có 24,2% chất thải từ ngành giấy, nhựa, cao su, gỗ có thể tái sử dụng. Khối lƣợng chất thải có thể thiêu đốt cịn lại khoảng 48,96% tổng khối lƣợng chất thải, tƣơng đƣơng 2.832 tấn/ngày năm 2010 và 7.345 tấn/ngày vào năm 2020 [2]. Chỉ có chất thải của một số ngành cơng nghiệp là có thể tái chế, tái sử dụng đƣợc, phần chất thải khơng có giá trị tái chế đƣợc đƣa đi chơn lấp với chất thải không nguy hại hoặc thiêu đốt với chất thải nguy hại. Dựa vào hiện trạng rác cơng nghiệp hiện nay ta có thể thấy nhựa và lốp xe phế thải đang chiếm phần nhiều trong số lƣợng rác thải, vì vậy ta sẽ tìm hiểu về 2 loại rác thải trên.
2.2.2. Tổng quan về nhựa (rác thải rắn)
Dựa vào hiệu ứng với nhiệt độ ngƣời ta có thể chia làm hai loại sau:
- Nhựa nhiệt dẻo (thermoplastics): khi gia nhiệt thì mềm dẻo, dễ gia cơng, có
thể sử dụng lại đƣợc nhƣ PE, PP, PVC, PS,…
- Nhựa nhiệt rắn (thermosets): khi gia nhiệt thì phản ứng hóa học xảy ra, tạo
thành mạng nối ngang, tính chất thay đổi đột ngột và không thể tái sinh: PF, PU, nhựa epoxy…
Tuy nhiên trong thực tế, hầu hết các nhà sản xuất sản phẩm bao bì nhựa, các sản phẩm có nguồn gốc chất dẻo hiện nay đều kí hiệu sản phẩm của họ theo số thứ tự từ 1 đến 7, đặc trƣng cho hầu hết các loại nhựa sản xuất để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân loại và tái chế.
Bảng 2.4: Phân loại, ký hiệu và nguồn sử dụng nhựa [4]
Vật liệu Ký hiệu Nguồn sử dụng
Polyethylene terephthalate 1-PETE Chai nƣớc giải khát, bao bì thực phẩm…
High – density polyethylene 2-HDPE Chai sữa, bình đựng xà phòng, túi xách… Vinyl/polyvinyl chloride 3-PVC Hộp đựng thức ăn trong
43
gia đình, ống dẫn… Low –density polyethylene 4- LDPE Bao bì nylon, tấm trải
bằng nhựa…
Polypropylene 5-PP Thùng, sọt, hộp, rổ…
Polystyrene 6-PS Ly, đĩa..
Các loại nhựa khác 7- Loại khác Tất cả các sản phẩm nhựa khác
Hình 2.3: Nhu cầu sử dụng những loại nhựa tại Châu Âu năm 2013 [5]
Tình hình xử lý tại Việt Nam và Thế giới
Tại Châu Âu
Năm 2012, 25 triệu tấn nhựa đƣợc thải ra trong đó 62% đƣợc thu hồi thơng qua quá trình tái chế và thu hồi năng lƣợng trong khi đó 38% đƣợc đƣa đến bãi chơn lấp.
44
Hình 2.4: Biểu đồ thể hiện lƣợng rác đƣợc xử lý vào năm 2012 [5]
Tuy nhiên, theo thống kê tại Châu Âu, nhựa vẫn sử dụng phƣơng pháp chơn lấp là chủ yếu. Do đó giảm lƣợng nhựa tại bãi chôn lấp là một thách thức không nhỏ.
Hình 2.5: Ƣớc tính giá trị kinh tế khi giảm lƣợng nhựa thải ra bãi chôn lấp [5]
Đối với những nƣớc đã ban hành luật cấm chơn lấp nhựa thì tỉ lệ thu hồi năng lƣợng từ nhựa cao hơn so với những nƣớc chƣa ban hành luật.
45
Hình 2.6: So sánh tỉ lệ thu hồi năng lƣợng từ nhựa của một số quốc gia thuộc Châu Âu [5]
2.2.3. Tổng quan về cao su
Nó là một loại polymer có khả năng quay trở lại chiều dài ban đầu, hình dạng hoặc
kích thƣớc của nó sau khi đƣợc kéo dài hoặc biến dạng. Đây là ví dụ của chất đàn hồi., .. [6]. Cây cao su có nguồn gốc từ Nam Mỹ, cây cao su đầu tiên đƣợc ngƣời Pháp đƣa vào Việt Nam năm 1878 nhƣng không sống đƣợc.
Năm 1892, 2.000 hạt cao su từ Indonesia nhập vào Việt Nam và đến 1907 đƣợc đánh dấu sự hiện diện cây cao su ở Việt Nam. Cây cao su đƣợc trồng nhiều ở miền Đông Nam Bộ (46,4 %), chủ yếu là Bình Phƣớc, Bình Dƣơng, Tây Ninh, Vũng Tàu. Dựa vào thành phần, cao su đƣợc chia làm 2 loại cơ bản là Cao su tự nhiên và Cao su tổng hợp
Cao su tổng hợp: Gồm các loại:
Cao su isopren (Polyisoprene)
Cao su buna (Polybutadiene)
Cao su styren butadien (Styrene butadiene)
Cao su nitril butadien (Nitrile butadien)
Cao su butyl (Butyl rubber)
Cao su clopren (Chloroprene)
46
Cao su silicon (Silicone rubber)
Cao su tổng hợp thu đƣợc bằng q trình trùng hợp chất hữu cơ có thể có tính chất tƣơng tự nhƣ cao su và một số tính chất mong muốn. Hầu hết trong số này đƣợc bắt nguồn từ các dẫn xuất butadien và có chứa liên kết đơi carbon-carbon.
Cao su tổng hợp là một trong hai polyme đồng nhất của 1, 3 hoặc butadien các chất đồng trùng hợp trong đó một trong những đơn phân là 1, 3 butadien hoặc dẫn xuất của nó để các polymer có sự sẵn có của liên kết đơi cho lƣu hóa của nó. Một số ví dụ quan trọng là Neoprene, styrene, cao su butadien (SBR) thiokol, silicon, polyurethane, cao su, vv.. [6]
Cao su butyl có những tính chất đặc biệt sau:
Tính thấm khí rất nhỏ: độ kín khí của cao su butyl tốt hơn 8 lần của cao su thiên nhiên.
Tính kháng nhiệt lão hóa: cao su butyl lƣu hóa với hệ thống lƣu huỳnh và chất xúc tiến thƣờng có khuynh hƣớng biến mềm nếu thƣờng xuyên tiếp xúc với mơi trƣờng có nhiệt độ 300-400oF.
Tính kháng ozon và kháng thời tiết.
Tính kháng hóa chất và kháng ẩm.
Khó gia cơng.
Sản lƣợng về cao su thiên nhiên năm 2012 đạt tổng diện tích 850.000 ha, chiếm 7% cao su thế giới, xuất khẩu dự kiến xấp xỉ 1 triệu tấn và là nƣớc thứ tƣ trên thế giới về xuất khẩu cao su. Với một lƣợng lớn cao su thiên nhiên lớn đã tạo ra rất nhiều sản phẩm công nghiệp đƣợc sử dụng phổ biến, rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của con ngƣời nhƣ: lốp xe, phục vụ ngành giao thông vận tải nên lƣợng cao su thải ra cũng rất lớn [7]. Cũng nhƣ trên thế giới, từ trƣớc đến nay rác cao su và nhựa ở Việt nam phần lớn bị đốt bỏ gây ơ nhiễm mơi trƣờng và lãng phí. Một phần nhỏ rác cao su đƣợc tái chế thành cao su tái chế và nhựa đƣợc tái chế thành nhựa tái chế, nhƣng những công nghệ hiện tại hiệu suất thấp và giá trị sản phẩm khơng cao ngồi ra cịn thải ra nhiều nƣớc thải và chất thải rắn. Do đó thị trƣờng cần một cơng nghệ tái chế rác cao su và nhựa tiên tiến tạo ra giá trị sản phẩm cao, hiệu suất cao và khơng có chất thải. Nhƣng ngày nay, Một số công ty Việt Nam đã ứng dụng thành công công nghệ nhiệt phân cao su phế thải để lấy nhiên liệu và năng lƣợng
47
nhƣ Công ty năng lƣợng Nguyễn Tài – có hệ thống chƣng cất nhiên liệu và hệ thống xử lý rác thải để phát điện tại Bình Phƣớc,Tập đồn sản xuất kính Kala (Kiến An, Tp Hải Phịng), Cơng ty MPA VIỆT NAM (KCN Việt Nam – KCN Singapore, Bình Dƣơng) Nhà máy hóa chất Biên Hịa (Khu Cơng nghiệp Biên Hịa I - Tỉnh Đồng Nai).
Theo báo cáo của Hiệp hội các nhà sản xuất lốp xe của châu Âu và các sản phẩm cao su (ETRMA) trong Liên minh châu Âu (27 nƣớc cộng với Na Uy và Thụy Sĩ) đã đƣợc thành lập vào năm 2013 có 2.621.000 tấn lốp xe đƣợc sử dụng tái chế, thu hồi 2. 494.000 tấn, chiếm 95%. ở Mỹ thu hồi 4.595.700 và tái chế 4.105.800 tấn tƣơng ứng, ở Nhật Bản, thu hồi 814 000 và tái chế 737 000 tấn. Vấn đề tái chế lốp xe ô tô sử dụng và các sản phẩm cao su chất thải chung cho tất cả các nƣớc cơng nghiệp, có tầm quan trọng sinh thái và kinh tế rất lớn. Ngoài ra, tài nguyên thiên nhiên hạn chế và thực tế kinh tế hiện đại đã nhận thấy sự cần thiết phải sử dụng nguồn tài nguyên thứ cấp có hiệu quả tối đa.
Hình 2.7: Mơ hình quản lý chất thải lốp trong EU, cho thấy tổ chức thu hồi / tái chế lớn nhất trong mô hình quản EPR (Extended Producer Responsibility)[8]
Hình 2.7 cho thấy các mơ hình đƣợc sử dụng trong việc quản lý lốp xe phế thải trong EU. Tập thể, phục hồi ƣớc EU của lốp xe phế thải đạt 95%, so với 69% đối với giấy và 58% đối với các sản phẩm nhựa trong năm 2011. Khi so sánh, tỷ lệ phục hồi lốp thải thành công ở EU là tốt hơn so với Nhật Bản (hệ thống thị trƣờng tự do) và Mỹ (hệ thống hỗn hợp), nơi sự phục hồi là 91% và 89% chất thải lốp tƣơng ứng [8].
48
Hình 2.8: Phân tích của việc sử dụng lốp xe phế thải trong EU 1994-2012 [8]
Hình 2.9: Hệ thống cấp bậc của việc sử dụng lốp xe phế thải [8]
Cuối cùng, phƣơng pháp ít đƣợc ƣu tiên sẽ đƣợc chơn lấp; thậm chí nó phải là chất thải còn lại từ tất cả các lốp thải của các phƣơng pháp nêu trên sử dụng không phải là tồn bộ lốp của chính nó. Trong bài đánh giá này, tổng quan chi tiết đƣợc trao cho phƣơng pháp tái chế lốp xe phế thải, nơi đƣợc sử dụng trong hỗn hợp polyme.
Cấu tạo chung của lốp xe
Tất cả mọi loại vỏ lốp đều có những yếu tố chung trong thành phần cấu tạo nhƣ sau:
49
Khung vỏ (Carcas): là phần căn bản của vỏ lốp xe tạo tính bền, chống lại mọi vòng lực của vỏ lốp xe. Độ bền này có là do lớp vải tráng cao su quyết định. Tùy theo loại và kích thƣớc vỏ mà lớp vải có từ 2 đến 24 lớp. Giữa các lớp vải đƣợc cách ly bằng các lớp cao su. Cao su cũng đƣợc làm đầy cả các khoảng giữa các sợi. Sự liên kết giữa cao su và vải mành thu đƣợc bằng cách cán tráng cao su và vải mành trên các máy cán tráng. Vải sử dụng có độ bền cao và mềm dẻo đủ để chịu sự uốn gấp trên khung khi hoạt động. Tùy theo kích cỡ và loại lớp mà cấu tạo tầng hỗn xung khác nhau, có thể chỉ đơn thuần là một lớp cao su hay là một đến 2 lớp vải cách ly bằng các lớp cao su chịu nhiệt.
Vòng lốp (talon): chi tiết quan trọng tạo nên vòng lốp là các vòng kim loại bọc trong rezin cách ly. Các sợi thép có thể bện thành băng, cũng có thể là các sợi thép sắp song song thành những dải và đƣợc bọc một lớp mỏng rezin. Băng sợi thép sau đó bọc rezin cách ly đƣợc cuộn lại thành nhiều vịng và bên ngồi bọc một lớp vải tráng rezin thành cái gọi là vòng tanh. Vòng tanh của những lốp xe tải nhiều tầng vải mành cịn có một vịng rezin nhằm lấp đầy những chỗ trống trong vòng lốp gọi là vòng rezin đệm hay thƣờng gọi là vòng rezin tam giác. Vòng thép và vòng rezin đệm đƣợc ghép lại với nhau bằng một băng vải tráng rezin. Băng vải tráng rezin cịn có tác dụng cố định vòng tanh với khung lốp tốt hơn. Các mép tầng vải mành của khung lốp bao quanh các vòng tanh tạo nên vịng lốp vững chắc khơng giãn, không biến dạng, nhờ đó mà cố định đƣợc lốp trên vành sắt khi xe chạy. Ngồi cùng vịng lốp cịn đƣợc bọc vải bạc tráng rezin để bảo vệ vịng lốp khơng bị vành sắt bào mòn.
50
Mặt lốp: cấu tạo từ một tấm cao su dày. Mặt lốp đƣợc phủ trên lớp hoãn xung. Ngƣời ta thiết kế thêm hoa lốp cho mặt lốp để tiếp xúc với mặt đƣờng.
Hông lốp: là một lớp cao su mỏng, dẻo bao phủ hông lốp bảo vệ cho các lớp vải mành, khung vải khỏi các tác động cơ học, ẩm,...
Bảng 2.5: Tỉ lệ các thành phần nguyên liệu trong lốp xe [9] Tỉ lệ các thành phần nguyên liệu trong lốp xe ơ tơ Các thành phần chính Tỉ lệ phần trăm trong lốp xe ô tô
Lốp xe con [%] Lốp xe tải [%]
Cao su và các loại chất dẻo 48 45
Silica 22 22 Kim loại 15 25 Vải 5 - Ơ xít kẽm 1 2 Lƣu huỳnh 1 1 Các thành phần khác 8 5
Các lốp xe tải chứa nhiều cao su tự nhiên hơn các loại lốp xe con
2.2.4. Một số phƣơng pháp xử lý nhựa và cao su phế thải 2.2.4.1. Phƣơng pháp tái chế thu hồi sản phẩm
Nhựa phế thải đƣợc phân thành từng loại riêng biệt PE, PP, PVC, PS,… mỗi loại sẽ đƣợc tái chế riêng. Chất thải nhựa sau khi phân loại thủ công sẽ qua hệ thống phân loại bằng từ và khí để loại bỏ kim loại, tạp chất,… Đối với chất thải nilong, có thể thêm giai đoạn ủ tự nhiên để làm giảm hàm lƣợng dầu bám vào nilon.
51
Hình 2.11: Quy trình tái sinh chai nhựa [5]