Cơ sở hoá học của phương pháp là tại nhiệt độ đủ cao và thời gian lưu tương ứng bất kỳ một Hydrocarbon hoặc hợp chất hữu cơ nào cũng đều có thể bị Ôxy hoá (cháy) đến Carbonic CO2 và nước H2O. Tuy nhiên cũng có thể gặp một số vấn đề xảy ra nếu như sự đốt cháy không hoàn toàn của nhiều hợp chất hữu cơ, kết quả là sẽ tạo ra những Aldehydes và Acide hữu cơ có thể làm tăng thêm mức độ ô nhiễm hoặc sự Ôxy hoá những dẫn xuất hữu cơ có chứa Sulfure, Phosphorus hoặc Halogens sẽ tạo ra những chất gây ô nhiễm không mong muốn nhử SO2, HCl, HF, Phosgena2.
II.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy
Có bốn yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và hiệu quả xử lý của phương pháp là:
- Nhiệt độ cháy.
- Thời gian đốt (hay thời gian lưu của dòng khí trong thiết bị đốt).
- Sự hoà trộn chất khí.
- Sự cung cấp Ôxy.
Cả bốn yếu tố này đều mang ý nghĩa quyết định. Đặc biệt lưu ý là nếu cung cấp thiếu Ôxy sẽ sinh ra nhiều chất ô nhiễm thứ cấp thì tác hại còn nghiêm trọng hơn so với trước khi xử lý. Do đó trong quá trình vận hành phải tính đến hệ số dư thừa không khí cung cấp cho phản ứng cháy. Nếu nhiệt độ đốt cháy thấp thì phản ứng cháy có tốc độ thấp và rất dễ sinh ra hiện tượng cháy không hoàn toàn nên cũng dễ sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp. Với các chất hữu cơ là dẫn xuất của chlorine khi nhiệt độ đốt cháy thấp còn có một nguy cơ đáng sợ nữa là dễ tạo nên Dioxin cực kỳ độc hại cho con người.
Quá trình đốt được thực hiện trong hệ thống gồm những thiết bị liên kết đơn giản có khả năng đạt hiệu suất phân huỷ rất cao. Hệ thống đốt bao gồm cửa lò đốt, bộ mồi lửa đốt bằng nhiên liệu và khí thải (chất hữu cơ), buồng đốt tạo đủ thời gian Ôxy hoá. Do chi phí đốt thường cao và để giảm lượng nhiên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất nên hệ thống đốt thường gắn thêm các thiết bị thu hồi nhiệt. Nếu không cần thu hồi nhiệt thì trong hệ thống đốt không có thiết bị thu hồi nhiệt. Có nhiều hệ thống đốt cơ bản, việc sử dụng hệ thống nào cho phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tiêu huỷ những chất nguy hiểm trong dòng thải, nồng độ chất đốt trong dòng khí, lưu lượng, yêu cầu kiểm soát (% tiêu huỷ) và chi phí.
Theo cách thực hiện quá trình đốt thiết bị đốt có thể chia làm ba nhóm chớnh nhử sau:
- Đốt cháy trực tiếp (Direct Combustion) - Thieõu nhieọt (Thermal Incineration) - Ôxy hoá xúc tác (Catalytic Oxidization)
Một trong những yếu tốá để thiêu đốt rác trở thành một trong các phương án xử lý hấp dẫn nhất là quá trình này có thể giảm thể tích ban đầu của rác có thể đốt được đến 80-90%. Đối với một số thiết bị thiêu đốt hiện đại vận hành đến nhiệt độ nóng chảy của tro, thể tích rác có thể giảm xuống còn 5% hoặc thấp hơn.
II.2.3.3 . Thiêu đốt rác (Incineration)
Việc sử dụng các lò thiêu đốt rác hiện nay thường không chỉ dừng lại ở mục đich giảm thể tích ban đầu của rác, mà còn với mục đích thu hồi nhiệt lượng để phục vụ dân sinh và các ngành công nghiệp cần nhiệt. Thông thường nhiệt từ khí đốt được chuyển về dạng hơi nước, được dẫn đi theo các đường ống dẫn tới khu vực cần nhiệt, hoặc được truyền đi thông qua các đường ống dẫn nước được lắp đặt theo ống tỏa nhiệt của lò thiêu. Với các lò thiêu hiện đại ngày nay, có thể lắp đặt các nồi hơi để thu nhiệt từ khí cháy mà không cần phải cung cấp thêm không khí hoặc độ ẩm.
Thông thường khí từ lò thiêu đốt được làm nguội từ khoảng 1800 đến 2000oF tới khoảng từ 600 đến 1000oF trước khi được xả vào môi trường. Bên cạnh việc tạo ra hơi nước, việc sử dụng hệ thống nồi hơi còn có lợi trong việc làm giảm bớt thể tích khí thải cần phải xử lý. Mặc dù vậy thiêu đốt được coi là một phương pháp xử lý tốn kém nhất vì bên cạnh chi phí cao cho xây dựng và vận hành, nó đòi hỏi phải trang bị một hệ thống xử lý khí thải hết sức tốn kém. Một trong các vấn đề cần quan tâm hàng đầu khi xây dựng các lò đốt rác là vấn đề ô nhiễm không khí, chủ yếu là bụi nhuyễn với kớch thước dao động từ nhỏ hơn 5àm đến 120àm. Khoảng 1/3 cỏc hạt bụi được tạo ra cú kớch thước dưới 10àm. Để xử lý bụi, cỏc thiết bị lọc tỳi vải hoặc lắng tĩnh điện thường được sử dụng cho hiệu quả xử lý cao nhất.
Việc thiết kế và vận hành lò đốt cũng hết sức phức tạp, liên quan đến chế độ nhiệt đốt của lò. Nhiệt độ đốt thiết kế thường dao động từ 1400 - 1600oF. Người ta đã chứng minh rằng ở nhiệt độ đốt dưới 12000C khí thải từ plastics bị cháy giải phóng ra sẽ chứa dioxin như là một sản phẩm phụ của quá trình thiêu đốt, và là một yếu tố hết sức nguy hiểm cho môi trường cũng như sức khỏe con người. Con số thực tế cho thấy rằng hơn 95% lượng dioxin trong không khí bao quanh của Mỹ được tạo nên bởi các lò đốt rác.
II.2.3.4. Nhieọt phaõn
Nhiệt phân là quá trình phân hủy các chất ở nhiệt cao nhiệt với sự có mặt hoặc không có mặt oxy.
Đối với cellulose (C6H10O5) phương trình sau đây đại diện cho quá trình nhieọt phaõn:
3 (C6H10O5) → 8 H2O + C6H8O + 2 CO + 2 CO2 + CH4 + H2 + 7 C Đặc trưng của ba phân đoạn sản phẩm của nhiệt phân là:
1. Dòng hơi khí có chưa chủ yếu hydro, methane, oxide carbon, dioxide carbon và nhiều loại khí khác phụ thuộc vào thành phần hữu cơ của hỗn hợp được đốt.
2. Phân đoạn có chứa hắc ín và/hoặc dầu, có dạng lỏng ở nhiệt độ trong phòng và có chứa các loại hóa chất như acid acetic, acetone và methanol.
3. Than, chứa chủ yếu là carbon tinh khiết và các vật liệu tro
Trong phương trình trên, các hợp chất hắc ín và/hoặc dầu lỏng thu hồi được biểu diễn theo công thức C6H8O. Sự phân bố các thành phần sản phẩm phụ thuộc rất nhiều và nhiệt độ của quá trình nhiệt phân. Sự phụ thuộc này được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 10: Sản phẩm nhiệt phân Nhiệt độ
(0F)
Chaát thải
(lb)
Khí (lb)
Các acid và hắc ín
(lb)
Than (Lb)
Khối lượng tính toán
( lb)
900 100 12,33 61,08 24,71 98,12
1200 100 18,64 18,64 59,18 99,62
1500 100 23,69 59,67 17,24 100,59
1700 100 24,36 58,70 17,67 100,73
Nguoàn: George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Rolf Eliassen Solid Wastes, Engineering Principles and Management Issues, Tokyo 1977 Số liệu công bố ở Hoa Kỳ cho thấy nhiệt phân một tấn rác đô thị cho phép thu hồi được 2 gallons dầu nhẹ (light oil), 5 gallons hắc ín và nhựa đường, 25 pounds ammonium sulphate, 230 pounds than, 17.000 feet khối khí và 133 gallons chất lỏng. Tất cả các chất kể trên đều có thể tái sử dụng như là nhiên liệu.