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 lò không lấy tro giữa quá trình đốt. Quy trình kiểm soát, vận hành còn thủ công hoặc chƣa tự động hoá 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, lò đốt tĩnh thƣờng không 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 lò 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 soát Dioxin/furan trong quá 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
66
đó, một lò đốt rác cũng cần phải đáp ứng các yêu cầu về oxy và chất thải. Thiếu oxy dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn của chất thải trong khi đó nếu nhƣ dƣ thừa oxy có thể thúc đẩy sự hình thành dioxin/furan. Ngoài 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 soát 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 thông số quan trọng ảnh hƣởng đến sự hình thành các hợp chất vòng 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 vòng thơm clo giảm thiểu không 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 vòng thơm có chứa clo. Cơ chế hình thành của dioxin trong quá trình đốt rất phức tạp và nó có thể
67
ảnh hƣởng đến quá 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 quá trình đốt thứ cấp đồng nghĩa với việc HCl tồn tại trong khí thải, dẫn đến sự ăn mòn 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 soát nồng độ dioxin không 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
68
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 ô nhiễm. Nguyên 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 luôn 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 dòng khí thải để loại bỏ PCDD/Fs; sau đó, lọc bụi tĩnh điện hay lọc túi vải đƣợc đặt ở cuối dòng khí để sử dụng loại các hạt than hoạt tính và bụi còn sót lại. Việc thêm cácbon hoạt tính, quá trình hấp thụ cácbon có thể chia làm ba loại khác nhau: dòng 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 quá 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 hoàn nhiệt hay hệ thống lọc túi vải đôi đƣợc sử dụng.
3.5.4.Áp dụng một số công nghệ lò 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 công nghiệp. Vì vậy, để giảm thiểu phát thải dioxin/furan từ hoạt động đốt chất thải thì cần đầu tƣ thêm một số công nghệ lò đốt chất thải mới. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
69
Lò đốt quay: công nghệ này tƣơng tự lò đốt tĩnh hai buồng đốt, chỉ khác là
buồng đốt sơ cấp có dạng trụ quay (nhƣ lò xi măng). Công 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 công nghệ này là chi phí đầu tƣ lớn, đòi hỏi tiêu chuẩn cơ khí cao. Ngoài ra, lò 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.
Lò plasma: Công nghệ lò đốt plasma là công nghệ rất hiện đại, sử dụng nhiệt
độ rất cao để phá huỷ hoàn toàn các chất hữu cơ, chuyển hoá thành các khí tổng hợp và tạo ra xỉ là thuỷ tinh với khối lƣợng xỉ tạo ra là ít nhất so với các công nghệ đốt khác. Hiện nay, tại Việt Nam có một số cơ sở đang tiến hành lập dự án lắp đặt lò đốt plasma. Tuy nhiên, cần nghiên cứu kỹ về hiệu quả kinh tế vì đầu tƣ rất lớn.
Lò đốt tầng sôi: Đây là công nghệ đốt có hiệu suất tiết kiệm năng lƣợng cao
hoặc tái sử dụng năng lƣợng do chất thải tạo thành. Tuy nhiên, lò đốt tầng sôi có tốc độ mài mòn bề mặt đốt và truyền nhiệt rất cao, do đó tính kinh tế của nó kém hơn so với lò đốt thông thƣòng.
70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Trên đây là toàn bộ kết quả nghiên cứu đã đƣợc thực hiện trong luận văn. Luận văn đã đƣa ra một cách nhìn tổng quan nhất về dioxin/furan phát thải từ ngành công nghiệp đốt chất thải trên thế nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, luận văn đã đạt đƣợc một số kết quả nhƣ sau:
- Xác định hàm lƣợng dioxin/furan từ 4 lò đốt chất thải. Hàm lƣợng dioxin/furan của 4 lò đốt trong khoảng 2,9 ng TEQ/Nm3 đến 17,9 ng TEQ/Nm3. Kết quả này cho thấy, nồng độ dioxin/furan của 4 lò đốt chất thải này cao hơn QCVN 30:2012/BTNMT. Đối với hai lò IWI2 và IWI4 có có công suất dƣới 300 kg/giờ vƣợt theo quy chuẩn lần lƣợt là 1,4 và 2,2 lần. Trong khi đó là lò đốt IWI1 và IWI3 đều có công suất trên 300 kg/giờ lần lƣợt vƣợt quy chuẩn là 2,41 và 14,9 lần. Nồng độ 4 lò đốt này cao hơn so với nghiên cứu của một số nƣớc trong khu vực cũng nhƣ quy chuẩn của các nƣớc phát triển là 0,1 ng TEQ/Nm3
.
- Đã đánh giá đặc trƣng đồng loại 17 chất dioxin/furan của 4 lò đốt. Kết quả cho thấy tỷ lệ đóng góp vào giá trị nồng độ của nhóm furan lớn hơn rất nhiều so với nhóm dioxin. Kết quả này giống với những nghiên cứu đã đƣợc công bố trên thế giới.
- Hệ số phát thải của 4 lò đốt chất thải với giá trị nằm trong khoảng 122 µg I- TEQ/tấn đến 356 µg I-TEQ/tấn. Hệ số phát thải này so với UNEP toolkit 2005 cho thấy có 3 lò đốt chất thải IWI1, IWI2 và IWI4 có hệ số phát thải thấp hơn UNEP toolkit 2005 và một lò IWI3 cao hơn một chút nhƣng không đáng kể. Hệ số phát thải của lò IWI3 cao hơn so với lò đốt IWI1, IW2, IWI4 lần lƣợt là 2,9, 2,2 và 1,37 lần.
- Đề ra biện pháp kỹ thuật để giảm thiểu phát thải dioxin/furan vào môi trƣờng không khí xung quanh bằng các biện pháp nhƣ kiểm soát sự hình thành PCDD/PCDF trong quá trình đốt bằng việc cải tiến điều kiện đốt, kiểm soát nhiệt độ khí thải, tách cho bay, thêm các chất xúc tác vô cơ, hữu cơ; bên
71
cạnh đó loại bỏ PCDD/PCDF trong khí thải bằng phƣơng pháp lọc túi vải hay lọc tĩnh điên, sử dụng cacbon hoạt tính,
Kiến nghị
Bên cạnh một số kết quả đã đạt đƣợc, cần phải tiếp tục nghiên cứu những vấn đề sau từ lò đốt chất thải đó là:
- Nghiên cứu sự phát thải dioxin/furan từ các ngành công nghiệp khác, luyện kim, ngành giấy, nhiệt điện
- Đánh giá dioxin/furan từ môi trƣờng không khí xung quanh
- Hơn nữa, trong quá trình thao tác lấy mẫu khí thải lò đốt còn gặp rất nhiều khó khăn về sàn thao tác cũng nhƣ cổng lấy mẫu. Vì vậy, cần xem xét đƣa vào quy chuẩn những yêu cầu về sàn thao tác và cổng lấy mẫu để phục vụ cho công tác quan trắc khí thải ống khói đƣợc dễ dàng hơn.
72
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt
1. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2011), Báo cáo môi trường quốc gia 2011 về chất thải rắn
2. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2006), ―Bản kế hoạch quốc gia thực hiện Công ƣớc Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy‖.
3. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải
lò đốt chất thải y tế, QCVN 02: 2008/BTNMT.
4. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2010), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải
lò đốt chất thải công nghiệp, QCVN 30: 2010/BTNMT. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2012), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí
thải lò đốt y tế, QCVN 02: 2012/BTNMT.
6. Bộ tài nguyên và môi trƣờng (2012), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải
lò đốt chất thải công nghiệp, QCVN 30: 2012/BTNMT.
7. Văn phòng Ban chỉ đạo 33 (2007), Chất độc hóa học do Mỹ sử dụng trong
chiến tranh ở Việt Nam và vấn đề môi trường.
8. Văn phòng Ban chỉ đạo 33 (2008), Tác động của dioxin đối với con người
Việt Nam, Nhà xuất bản y học.
Tài liệu tiếng Anh
9. Abad E, Adrados MA, Caixach J, Rivera J (2002), ―Dioxin abatement strategies and mass balance at a municipal waste management plant‖,
Environ Sci Technol 2002, 36(1), pp.92–99.
10. Abad E, Caixach J, Rivera J (2003), ―Improvements in dioxin abatement strategies at a municipal waste management plant in Barcelona‖, Chemosphere , 50, pp.1175–1182.
11. Abad E, Martinez K, Caixach J, Rivera J (2004), ―Polychlorinated dibenzo- p-dioxin/ polychlorinated dibenzofuran releases into the atmosphere from the use of secondary fuels in cement kilns during clinker formation‖, Environ Sci
73
12. A. Buekens, H. Huang (1996), ―De novo synthesis of polychlorinated dibenzo-p -dioxins and dibenzofurans Proposal of a mechanistic scheme‖ The Science of the Total Environment, 193, pp.121-141.
13. Alcock RE, Jones KC (1996), ―Dioxins in the environment: a review of trend data‖, Environ Sci Technol, 30, pp.3133–3143.
14. Alcock RE, Gemmill R, Jones KC (1999), ―Improvements to the UK PCDD/F and PCB atmospheric emission inventory following an emissions measurement programme‖, Chemosphere, 38, pp.759–770.
15. Ange Nzihou, Nickolas J. Themelis, Mohammed Kemiha, Yohan