LÝ CÁC LOẠI HÌNH CHẤT THẢI CƠNG NGHIỆP NGUY HẠI ĐIỀN HÌNH
ĐÃ THỰC HIỆN TRÊN THẾ GIỚI
Hiện nay trên thế giới một số giải pháp liên quan đến cơng nghệ tái sinh, tái chế, xử lý cũng như thải bỏ an tồn các loại hình CTNH điển hình quan tâm trong khuơn khổ nghiên cứu này đã và đang được phát triển. Các giải pháp này nhằm mục đích giảm thiểu tính nguy hại và tận dụng lại nguồn chất thải này cho các mục đích khác cĩ lợi cho con người. Đây hầu hết là các giải pháp tiên tiến, địi
hỏi hàm lượng kỹ thuật cơng nghệ cao và chi phí khá đáng kể. Phần tiếp theo là tổng quan một số cơng nghệ tái sinh, tái chế, xử lý và thải bỏ an tồn một số loại hình CTNH.
Dầu nhớt phế thải
Tổng quan tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau cho thấy trên thế giới hiện nay người ta tái sinh dầu nhớt bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này cĩ chung nguyên tắc là khử nước, khử kim loại và phụ gia, loại các hydrocacbon nhẹ để thu dầu gốc. Một số phương pháp dược áp dụng tại một số
nước như Úc, Đức, Ba Lan, Pháp, Ý, Mỹ, Hà Lan như sau:
- Tái sinh bằng phương pháp đơng tụ bằng dung mơi tổng hợp cĩ chứa peroxit và chất điện ly. Ưu điểm của phương pháp này là khơng tách nước ra khỏi dầu nhờn trước khi xử lý vì nước là thành phần cần thiết trong quá trình đơng tụ. - Xử lý dầu nhờn bằng dung dịch hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3 với Na2SO4 hoặc K2SO4. Sau đĩ, xử lý tiếp bằng H2SO4, bằng dung mơi hay bằng hydro. Phương pháp này thu được dầu tái sinh khá sạch, hố chất xử lý dễ kiếm nhưng quy trình cơng nghệ phức tạp.
- Khử nước dầu thải trước bằng nhiệt rồi mới xử lý bằng axit, bằng kiềm và cuối cùng tẩy màu bằng đất sét rồi lọc ép. Sau đĩ chưng cất chân khơng để làm sạch triệt để.
- Dùng propan lỏng chiết dầu để khử cặn. Sau đĩ xử lý bằng axit, tẩy màu bằng
đất sét và cuối cùng chưng cất chân khơng.
- Chiết hai lần bằng propan lỏng, sau đĩ khử tạp chất bằng hydro rồi chưng cất chân khơng. Phương pháp này cho hiệu quả cao nhưng chi phí rất lớn.
- Tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp Berc. Đầu tiên, người ta tách nước, rồi kết tủa cặn bẩn bằng hỗn hợp rượu chuyên dụng. Sau đĩ dầu được chưng cất chân khơng cho ra các sản phẩm khác nhau. Phương pháp này đắt tiền, vận hành phức tạp.
- Tái sinh dầu nhớt bằng phương pháp Recyclo. Theo phương pháp này, người ta pha các hố chất chuyên dùng vào dầu thải đã khử nước, sau đĩ chưng cất phân tử ở chân khơng sâu. Cặn thải được đốt thành tro. Phương pháp này thu
được dầu gốc tốt nhưng rất đắt. Đây là phương pháp được xem là hiện đại nhất. Ngồi các phương pháp ở trên, ở Tây Ban Nha người ta tái sinh dầu nhờn bằng ethane. Các tác giảđã dùng dung mơi ethane để chiết thành phần dầu gốc ra khỏi hỗn hợp dầu đã sử dụng. Qui trình thực hiện được mơ tả trong hình dưới. Dầu nhớt thải trước khi chiết được xử lý để tách nước và lọai trừ các hydrocarbon nhẹ trong thiết bị bay hơi ở áp suất 100mmHg.
Chất thải nhiễm dầu
Phương pháp sử dụng dung mơi của Texaco1
Hydrocarbon nhẹ thích hợp để sử dụng ở giai đoạn một là các hydrocacbon mạch thẳng như pentan cũng như các hỗn hợp hydrocarbon và các đồng phân của chúng. Tỷ lệ hydrocacbon nhẹ trên cặn dầu thơ thích hợp cĩ thể từ (3-20):1 thích hợp nhất là (4-8):1. Dầu thu hồi được làm sạch và cĩ thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hoặc cĩ thể pha vào dầu FO.
Dung mơi aromatic nhẹ cĩ hiệu quả trong việc xử lý pha rắn chứa sáp. Các dung mơi này thường là các aromatic cĩ khối lượng phân tử thấp như benzen, toluen, xylen, ethylbenzen, t-butylbenzen, mesitylen… và hỗn hợp các đồng phân của chúng. Tỷ lệ của dung mơi aromatic và các chất rắn chứa sáp trong khoảng (5- 30):1, thích hợp nhất là khoảng (8-20):1.
Sáp thu hồi được từ quá trình trích ly dung mơi sáp – aromatic cĩ thể khử màu vàng bằng các kỹ thuật như ngâm chiết qua nền đất sét, xử lý bằng hơi … để thu
được các parafin cĩ giá trị. Chất rắn khơ khơng chứa hydrocacbon được đem đi chơn hoặc dùng cho các mục đích sử dụng khác.
Quy trình gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn một: Căn dầu thơ được trộn với Hydrocacbon nhẹ, sau đĩ sa lắng tạo pha dầu – hydrocacbon và pha rắn chứa sáp lẫn nước.
Giai đoạn hai: Sáp tách ra từ pha rắn chứa sáp lẫn nước sẽđược xử lý với dung mơi aromatic tạo ra dung dịch sáp – aromatic. Sau đĩ dung mơi này sẽ được trích ly để tách sáp ra.
Phương pháp ly tâm của Beck – Jacker2
Nguyên lý vận hành của qui trình xử lý cặn dầu của Beck – Jacker như hình bên dưới. Theo đĩ, cặn dầu được gia nhiệt bằng nước nĩng, sau đĩ được lọc sơ bộđể
tách các tạp chất rắn cĩ kích thước lớn. Tốc độ lọc sẽ tăng nhờ áp lực nước bơm vào. Sản phẩm qua lọc được đưa vào cụm cyclon. Tại đây, nhờ lực ly tâm, tạp chất rắn sẽ bám trên vách cyclon và chảy xuống đáy. Dầu và nước được lấy ra ở
pha lỏng. khí sẽđược lấy ra ở đỉnh. Tạp chất rắn chảy ra ngồi một cyclon lớn và
được rửa tiếp tục bằng phương pháp ly tâm dùng nước.
1 Harold R. Jones, Pollution Control in the Petroleum Industry, 1973. 2 Harold R. Jones, Pollution Control in the Petroleum Industry, 1973
Hình 3-Sơđồ qui trình xử lý cặn dầu thơ bằng phương pháp ly tâm
Nguồn: Harold R. Jones,Pollution Control in the Petroleum Industry, 1973.
Đây là qui trình vận hành liên tục. Quá trình tách cĩ thểđạt được hiệu suất 99%
đối với tạp chất cơ học cĩ kích thước lơn hơn 25µm. Độ bền thiết bị cao do vận hành đơn giản và khơng phải dùng dung mơi. Cĩ thể lắp đặt nối tiếp các cyclon
để tăng hiệu suất tách. Tuy nhiên, qui trình này chủ yếu nhằm tách loại các tạp chất cơ học.
Phương pháp này địi hỏi chi phí lớn cho cụm thiết bị ly tâm. Ngồi ra, lượng nước nhiễm dầu sinh ra từ qui trình cũng khá nhiều, cần thiết phải cĩ hệ thống xử lý nước đi kèm với qui trình.
Phương pháp siêu âm của J.R.BILHARTZ và A.G.NELLIS
Quy trình này nhằm xử lý cặn dầu thơ dầu lỗng bao gồm nước, dầu, nhũ tương nước – dầu, các chất rắn. cặn dầu được đưa đến các thiết bị xử lý siêu âm hoạt
động ở các tần số khác nhau. Dưới tác dụng của sĩng siêu âm và để lắng đọng, cặn dầu thơ sẽ phân thành 3 lớp: lớp trên cùng là dầu sạch, lớp giữa là nhũ” tương dầu – nước, lớp đáy là nước – tạp chất rắn. Pha nhũ tương và pha đáy tiếp tục đem đi xử lý siêu âm với tầng số cao hơn để phân tách tiếp. Sau một số thiết bị xử lý siêu âm song song và nối tiếp, sẽ thu được dầu sạch, được đưa qua bộ
phận thu hồi dầu, cịn lượng nhũ trong dầu – nước sẽ qua cơng đoạn phá nhũ
bằng hĩa chất, phần tạp chất rắn sau khi tách nước sẽ được rửa bằng dung mơi
để loại phần dầu cịn bám trên hạt rắn trước khi thải ra ngồi. Tĩm lại, qua dây chuyền xử lý này dầu thơ dầu sẽ được tách làm 3 phần: dầu sạch, nước sạch và tạp chất rắn sạch.
Hình 4 là quy trình kết hợp giữa cơ – lý – hĩa để xử lý dầu thơ. Chi phí cho quy trình này rất lớn nhưng hiệu suất tách rất cao và xử lý triệt để.
Hình 4-Sơđồ cơng nghệ xử lý cặn dầu bằng phương pháp siêu âm
Nguồn: J.R.Bilhartz và A.G.Nellis.
Phương pháp phân hủy sinh học Petrozyme1
Quá trình Petrozyme là quá trình xử lý dầu thơ dầu bằng vi sinh trong thiết bị
phản ứng. Quá trình Petrozyme dùng kỹ thuật lên men tiên tiến để phân hủy các hydrocarbon trong dầu thơ thành chất thải khơng nguy hại với hàm lượng hydrocarbon rất thấp.
Hình 5-Quá trình xử lý dầu thơ bằng vi sinh trong thiết bị phản ứng
Nguồn: Ajay Singh, Bill Mullin và Owen Ward,2001.
1 Ajay Singh, Bill Mullin và Owen Ward, Reactor- based process for the biological treatment of petroleum wastes, 2001
Phương pháp phân hủy sinh học của Petrozyme xử lý dầu thơ dầu tương đối triệt
để. Hệ thống thiết bị dễ dàng cơ động nơi hiện trường, cĩ thể ghép nối nhiều modun để tăng cơng suất xử lý. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu cần cĩ thời gian xử lý thích hợp, vốn đầu tư cho thiết bị lớn.
Sử dụng dung mơi Haxa – 100 của Koyo Technica – Nhật Bản
Haxa – 100 là một loại dung mơi cĩ màu vàng, mùi nồng nhẹ, dung dịch cĩ pH = 13,1. Đây là một loại dung mơi cĩ đặc tính cĩ thể xâm nhập vào giữa bề mặt của các chất cặn đặc và dầu nhờ lực hút tĩnh điện. Nhờ vào đặc tính này, nĩ kéo dầu ra khỏi bề mặt của các chất cặn đặc và cĩ khả năng phá vỡ nhũ tương. Nhờ tính chất này Haxa-100 phân tách dầu ra khỏi các chất cặn đặc và nước.
Hình 6- Sơđồ cơng nghệ tách cặn dầu bằng dung mơi Hexa-100
Nguồn: Koyo Technica (Nhật Bản)
Phương pháp vi sinh
Trên thế giới đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu xừ lý chất thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sinh như một số tác giả V.I.Groude (Bulgaria), A.Yu.Muratova, O.V.Turkovskaya (Nga), Kuyen Li (Mỹ), Zefiryn Cybulski (Ba Lan)…. Các tác giả đã nghiên cứu sự phân hủy dầu bằng các chủng loại vi sinh khác nhau, cung cấp thêm chất dinh dưỡng vào chất thải nhiễm dầu. Sau một thời gian hàm lượng dầu và kim loại nặng giảm xuống đáng kể. Hiệu quả xử lý cĩ thể đạt từ 27 – 96% tùy theo phương pháp. Nhìn chung, việc xử lý chất thải dầu khí bằng cơng nghệ sinh học cĩ ưu điểm là rẻ tiền, nhưng nĩ chỉ phù hợp với chất thải cĩ hàm lượng dầu thấp, thời gian xử lý thường kéo dài, hiệu quả xử lý cao hơn khi kết hợp với các phương pháp lý hĩa.
Xuất phát từđĩ nhiều cơng trình nghiên cứu trên thế giới trong vài thập niên gần
đây đã được xúc tiến theo hướng tìm các cơng nghệ mới với mục đích xử lý triệt
để các hợp chất hữu cơ khĩ phân hủy và độc hại. Một trong những quá trình đĩ nổi lên trong thời gian gần đây là quá trình oxy hĩa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOPs).
Bên cạnh đĩ các hợp chất hữu cơ nguy hại cũng được xử lý bằng phương pháp
đốt. Loại lị đốt được sử dụng rộng rãi là lị đốt thùng quay. Ở Mỹ lị này được áp dụng để xử lý trên 75% chất thải được xử lý bằng phương pháp đốt.
Bùn kim loại
Gần đây, trên thế giới đã cĩ nhiều nghiên cứu về việc xử lý bùn chứa kim loại nặng do tính độc hại của nĩ đối với mơi trường. Tại Mỹ, hiện cĩ một số cơng ty
đã áp dụng các kỹ thuật xử lý như: kỹ thuật liên kết nhiệt và kỹ thuật nung chảy
đối với bùn từ hệ thống xi mạ. Trong kỹ thuật liên kết nhiệt, bùn thải xi mạ sẽ được trộn với đất sét theo tỷ lệ bùn : đất thay đổi từ 5:1 đến 15:1 và đốt nĩng ở
1100oC. Kim loại độc hại sẽ được cố định trong mạng khối cứng, mất tính độc hại. Trong kỹ thuật nung chảy xi mạ, bùn thải được làm khơ xuống độ ẩm dưới 20%, sau đĩ đem trộn với đất, cát và sođa, nung trong lị đến nhiệt độ 1250oC và làm nguội. Sản phẩm sau nung mất tính độc hại và cĩ thể tái sử dụng làm vật liệu xây dựng.
Năm 2001, Arik Levlin (Thụy Sĩ) đã nghiên cứu việc xử lý bùn theo hướng thu hồi kim loại nặng từ trong bùn. Theo hướng này, tác giảđã tập trung nghiên cứu việc thu hồi Photpho. Phot pho cĩ thể được tách ra khỏi bùn bằng cách lọc với acid. Khả năng hịa tan của hợp chất Phot pho sẽ gia tăng khi pH tăng. Độ hịa tan của Phot pho vào pH thể hiện ở phương trình sau:
MePO4 + 3H+ = H3PO4 + Me3+ (pH < 2.15)
MePO4 +2H+ = H2PO4- + Me3+ (pH > 2.15 và pH < 7.20) MePO4 + H+ = HPO4 + Me3+ (pH > 7.20 và pH < 12.02) MePO4 = PO43- + Me3+ (pH >12.02)
Hai hệ thống thu hồi Phot pho từ bùn của hệ thống xử lý nước thải với quy trình kết tủa hĩa học với sự hiện diện đáng kể của ion muối (KREPRO) và quy trình trao đổi (BIO-CON). Các ion chứa trong bùn sẽ được hịa tan bằng acid Photphoric. Sau quá trình hịa tan, lọc hỗn hợp này và thu hồi được Phot pho. Tại Thổ Nhĩ Kỳ, Viện Khoa Học Mơi Trường của trường Đại Học Bogazici, đã
nghiên cứu việc sử dụng vi khuẩn oxi hĩa Sulfur trong thu hồi kim loại từ bùn.
Đây là một phương pháp cĩ nhiều ưu việt bởi tỉ lệ hịa tan cao của kim loại và chi phí xử lý thấp. Trong nghiên cứu này, sử dụng hệ thống lọc sinh học bằng vi khuẩn oxy hĩa Sulfur tách bùn từ hệ thống xử lý nước thải và hệ thống lọc để
thu hồi kim loại. Vi khuẩn oxi hĩa Sulfur được thích nghi với mơi trường bùn hoạt tính. Sự tác động của hàm lượng chất hữu cơ trong hệ thống lọc sinh học
được nghiên cứu tỉ mỉ trong 4 mẫu bùn cĩ nồng độ chì khác nhau. Mẫu bùn A, B, C, và D được lấy từ hệ thống xử lý nước thải với hàm lượng chì lần lượt là 3%, 5%, 7% và 10%). Kết quả cho thấy, sự hịa tan cao nhất của Cr, Ni, Fe được chứa trong mẫu A. Vi khuẩn oxi hĩa Sulfur thì bị ức chế trong mẫu D cĩ chứa hàm lượng chì cao nhất.
Tại Ai Cập, Ban Kỹ Nghệ Hĩa Học-Trường Đại Học Kỹ Thuật Athens đã nghiên cứu khả năng thu hồi kim loại nặng trong bùn bằng dung dịch acid. Theo nghiên cứu này, mẫu bùn chứa hàm lượng đáng kể kim loại nặng (Cr, Cu, Ni, Pb, và Zn) sẽđược tách bởi acid H2SO4, HNO3, H3PO4. Hiệu quả thu hồi kim loại
đạt được tối ưu khi áp dụng tỉ lệ 1:5 của bùn : acid. Nồng độ acid sử dụng khác nhau, nằm trong dãy 5%-20% và thời gian phản ứng từ dao động từ 15 đến 60 phút. Sự kết hợp là tốt nhất khi mẫu bùn phản ứng với acid H2SO4 20% trong thời gian 60 phút. Hầu hết lượng kim loại nặng chứa trong bùn được trích ra và phần cịn lại được chuyển từ dạng khơng ổn định sang dạng bền vững hơn.
Bùn từ các hệ thống và cơng trình xử lý nước thải
Đã cĩ nhiều nghiên cứu và ứng dụng để xử lý bùn thải trên thế giới, nhìn chung các kỹ thuật được chia thành 3 nhĩm chính:
Ổn định bùn thải1
Mục tiêu của phương pháp ổn định bùn là làm giảm các chất độc hại, khử mùi và các tác nhân gây nguy hiểm khác, quá trình ổn định trước đây sử dụng vơi (Ca(OH)2) để nâng pH bùn lên đến 11 hoặc cao hơn, nhược điểm của phương pháp này là các mùi chỉ được khử tạm thời ở giá trị pH =11, khi pH giảm sự
phân hủy tiếp tục xảy ra.
Bùn thải cũng cĩ thể được ổn định bởi quá trình phân hủy hiếu khí, bùn được
đưa vào bể xử lý bùn trong một thời gian, quá trình phân hủy xảy ra mạnh , nhược điểm của phương pháp này là sự phân hủy sinh ra nhiều nước, nên thể
tích bùn tăng cần phải qua quá trình loại nước.
Phương pháp ổn định thứ 3 được sử dụng là ổn định bùn bằng phương pháp yếm khí. Bùn thải được bơm vào bể xử lý sơ cấp yếm khí, bể này đươc vận hành ở
nhiệt độ 35oC và được khuấy trộn đều để gia tăng tỷ lệ phân hủy bùn. Khí sinh ra sau quá trình phân hủy được dẫn qua ngăn trên của bể thứ cấp để ổn định và sau
đĩ được sử dụng như nhiên liệu. Phần rắn bên dưới được bơm qua ngăn dưới của bể thứ cấp, tai đây, phần chất lỏng phía trên được quay trở lại thiết bị sơ cấp cho