Nghiên cứu công nghệ các bon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu

Nghiên cứu công nghệ Các bon hoá các chất
thải cháy được trong rác thải đô thị thành than
nhiên liệu

Trần Văn Huệ

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: TS. Trịnh Văn Tuyên
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tổng quan về phương pháp cacbon hoá chất thải rắn. Thực hiện xử lý chất
thải trên mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường
thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đồng
thời của các yếu tố nhiệt độ và thời gian cacbon hoá đến hiệu suất thu hồi sản phẩm và
hiệu suất thu hồi Cacbon hữu cơ. Tiến hành khảo sát tìm nhiệt độ và thời gian tối ưu
cho quá trình cacbon hoá đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm, tỷ lệ cacbon Cacbon hữu cơ
và hiệu suất thu hồi Cacbon hữu cơ là cao nhất.

Keywords: Công nghệ Cacbon; Chất thải; Rác thải; Than nhiên liệu; Ô nhiễm môi
trường

Content
MỞ ĐẦU
Môi trường là vấn đề toàn cầu, được quan tâm bởi tất cả các quốc gia, các tổ chức và
các cá nhân. Bởi môi trường liên quan trực tiếp đến đời sống, sức khỏe của mỗi chúng ta. Một
trong những vấn đề môi trường được quan tâm nhiều hiện nay, đặc biệt là ở các đô thị đó là
vấn đề rác thải.
Chất thải sinh hoạt, thức ăn dư thừa, các loại rác thải đường phố, nếu không được thu
gom xử lý đúng quy định. Các loại chất thải này sẽ gây ô nhiễm, nhiễm khuẩn đối với môi
trường xung quanh, gây ảnh hưởng đến môi trường sống, nguồn nước mặt, nguồn nước ngầm,

mất diện tích…
Khối lượng chất thải rắn trong đô thị ngày càng tăng do tác động của sự gia tăng dân
số, phát triển kinh tế xã hội và sự phát triển về trình độ và tính chất tiêu dùng trong các đô thị.
Lượng chất thải rắn nếu không được xử lý tốt sẽ dẫn đến hàng loạt vấn đề tiêu cực đối với
môi trường.
Có rất nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị đã được đề xuất và áp dụng trong đó có
phương pháp thiêu đốt. Phương pháp thiêu đốt xử lý được nhiều loại chất thải (đặc biệt là các
chất thải rắn khó phân huỷ như plastic,da…), tiết kiệm được diện tích cho các bãi chôn lấp.
Tuy nhiên phương pháp thiêu đốt trước đây gây tác động xấu đến môi trường không khí, hoặc
chi phí cho việc xử lý khí thiêu đốt rất tốn kém. Mặt khác, hiện nay nguồn nguyên liệu hoá

2
thạch đang dần bị cạn kiệt, đòi hỏi chúng ta phải tìm ra những nguồn nguyên liệu mới. Một
phương pháp xử lý chất thải rắn mới, được đề xuất đó là phân loại và đốt các chất thải rắn
cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặc không có ôxy hoàn toàn. Phương pháp này tiết kiệm
được nhiên liệu dùng cho quá trình đốt, không tạo ra khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường,
đồng thời tạo ra một nguồn nguyên liệu mới đó là than sạch, phục vụ cho lĩnh vực khác trong
cuộc sống như: nghiên cứu khoa học, hay xử lý các loại nước thải, nhiên liệu…
Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ cacbon
hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu”
Sau đây là nội dung chi tiết luận văn:

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình phát triển kinh tế - xã hội và quản lý chất thải rắn
Trong 20 năm qua, kể từ khi Việt Nam áp dụng đường lối đổi mới, nền kinh tế Việt
Nam đã có những bước phát triển nhanh và ổn định, tăng trưởng GDP trung bình hàng năm
đạt 7-8% (giai đoạn 2006 - 2010). Mức sống dân cư từng bước được nâng cao, phong cách
tiêu dùng, thói quen sinh hoạt của xã hội đang có nhiều thay đổi. Chất thải rắn phát sinh từ
các hộ gia đình cũng sẽ thay đổi về số lượng và thành phần. Bên cạnh đó các ngành sản xuất
kinh doanh, dịch vụ ở các đô thị; các khu công nghiệp ngày càng được mở rộng và phát triển

đã thúc đẩy quá trình tăng trưởng về các mặt kinh tế - xã hội. Tăng trưởng mặt kinh tế - xã hội
đã góp phần tích cực cho sự phát triển của đất nước, tuy nhiên đã làm phát sinh lượng chất
thải rắn ngày càng lớn (bao gồm cả CTR sinh hoạt, CTR công nghiệp, CTR y tế ). Việc thải
bỏ một cách bừa bãi và quản lý không hiệu quả chất thải rắn ở các đô thị, khu công nghiệp,
là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, làm phát sinh bệnh tật, ảnh hưởng
đến sức khỏe và cuộc sống con người. Vì vậy, việc quản lý chất thải là một thách thức to lớn,
chi phí phí tốn, nhưng đem lại lợi ích cho môi trường và sức khỏe cộng đồng. Mặt khác nếu
quản lý theo hướng có thể tái chế thì đây sẽ là nguồn tài nguyên sinh ra của cải vật chất, một
trong những hướng đó là tái chế chất thải rắn đô thị thành than nhiên liệu. Sau đây là một số
tìm hiểu về sự phát triển công nghệ cacbon hóa và khả năng ứng dụng của nó vào việc xử lý
rác thải đô thị thành nhiên liệu.
1.2. Công nghệ cacbon hóa chất thải rắn
- Hiện nay, phương pháp thiêu đốt được sử dụng phổ biến để xử lý chất thải y tế và
ngăn ngừa dịch bệnh.Tuy nhiên phương pháp này còn hạn chế vì chi phí xử lý cao và có nhiều
nguy cơ tạo thành dioxin và furan. Một công nghê mới được đề xuất dựa trên nguyên lý sự
đốt cháy, nhưng trong môi trường thiếu oxy. Đó là công nghệ xử lý chất thải bằng phương
pháp cacbon hóa, công nghệ này cho phép thu hồi nguồn năng lượng (như nhiệt năng, điện
năng) hoặc nguyên liệu, nhiên liệu sạch (than sạch, than hoạt tính). Phương pháp này sẽ góp
phần xử lý ô nhiễm môi trường và lượng rác thải cho bãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan
trọng trong vấn đề quản lý chất thải.
- Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có mặt trong
nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình đốt cháy không hoàn toàn
nguyên liệu. Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và tạo thành cacbon. Quá
trình cacbon hóa có thể chia thành 2 bước: sấy khô và đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu.
- Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công nghệ mới.
Phương pháp thiêu đốt truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành khí thải và tro, sinh
ra lượng khí thải độc hại và nhiều. Ngược lại phương pháp nhiệt phân biến chất thải thành các

3
loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý

nhiệt lại hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải được biến
thành những chất trung gian, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng .
Dưới tác dụng của nhiệt,các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành
nước, khí và than tổng hợp. Than tổng hợp được làm lạnh trong vòng 90 giây mà không cần
một sản phẩm phụ gia nào trong khoang giảm nhiệt, đây là sản phẩm chính của quá trình xử
lý nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng
0,2%. Điều đáng lưu ý là, công nghệ nhiệt phân rác thải nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh được
nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là các hợp chất đioxin vì xử lý ở nhiệt độ
thấp.
- Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ
400
o
C - 800
o
C hoặc trong điều kiện thiếu oxy hoặc có nguồn cung cấp oxy rất hạn chế. Quá
trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực
tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ngược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí và than ở
dạng rắn được sinh ra. Than dưới dạng rắn là hợp chất của các nguyên liệu khó cháy với
cacbon. Khí tổng hợp được sinh ra là hỗn hợp của các khí gồm cacbon monoxit, hydro, metan
và một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi. Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10 - 20 MJ/Nm
3
.
1.2.1. Những ứng dụng chủ yếu của phƣơng pháp
- Áp dụng công nghệ cacbon hóa có thể tạo ra một loại nhiên liệu chất thải rắn, hay
còn gọi là nguyên liệu có nguồn gốc từ chất thải bằng việc tách ra những hạt chất nhẹ hơn, dễ
cháy. Sản xuất nhiên liệu từ chất thải không phải là quá trình xử lý nhiệt, mà là quá trình biến
đổi nhiệt của các thành phần dễ cháy trong chất thải rắn. Ứng dụng chủ yếu của phương pháp
này là:
Xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và công nghiệp
Xử lý chất thải sinh hoạt và thương mại

Thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế các vật liệu (chất
còn lại trong máy nghiền tự động, phế liệu sản xuất điện và điện tử, các loại lốp cao su, chất
thải nhựa tổng hợp và các chất dư thừa trong quá trình bao gói).
- Nguồn năng lượng được thu hồi là yếu tố quan trọng về kinh tế của dự án. Đó là các
loại khí tổng hợp, than tổng hợp… được sử dụng với các mục đích khác nhau trong nghành
công nghiệp và xử lý môi trường, đồng thời đây là một loại vật liệu có thể được tái chế và bán
trên thị trường hiện nay.
- Đôi khi các quá trình nhiệt phân không tương thích với việc xử lý chất thải rắn đô thị
chưa được phân loại. Với xu thế gia tăng lượng chất thải hiện nay, buộc phải có các biện pháp
tiền xử lý (thu gom có phân loại… ) và các quy trình xử lý này đang trở nên thích hợp hơn.
1.2.2. Những ƣu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến
- Giảm khối lượng chất thải
- Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ
- Thu được giá trị của chất thải,các loại năng lượng nhiên liệu (như điện năng, than…)
- Đi theo hướng phát triển bền vững, tiến tới việc tái sử dụng và tái chế
- Chất thải biến thành năng lượng là sự bổ sung cho việc tái chế các vật liệu.
- Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng.
- Đẩy mạnh việc thay đổi thành phần chất thải rắn ở bãi chôn lấp.

4
- Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải.
- Ứng phó với những công cụ kinh tế và tài chính (ví dụ như thuế chôn lấp và các
khoản trợ cấp cho các nguồn thay thế)
Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho phương pháp chôn lấp, khi xử lý một lượng lớn
các chất có thành phần thay đổi, đặc biệt là các chất thải rắn đô thị. Biện pháp ủ phân và ủ
yếm khí chỉ để xử lý các thành phần thối rữa.
Hầu hết các quy trình xử lý bằng nhiệt tiên tiến xử dụng chất thải rắn đô thị đã được
xử lý ban đầu. Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhiên liệu sản xuất chủ yếu gồm các
thẻ giấy và các loại chất dẻo tạo ra từ nhiên liệu có nguồn gốc là chất thải.
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Chất thải đô thị thành phố Hà Nội, các thành phần: tre gỗ, nhựa, giấy, cao su, vải.
Để đảm bảo cho quá trình làm thí nghiệm được đầy đủ và chính xác về tỷ lệ, các
nguồn nguyên liệu được thu nhặt như sau:
Tre gỗ: Được lấy từ tre và mùn cưa của quá trình gia công gỗ
Nhựa: Được lấy từ chai, lọ và các phế thải được làm từ nhựa
Giấy: Bao gồm giấy viết, bìa caton
Cao su: Được lấy từ các săm xe ô tô, xe máy và xe đạp
Vải: Lấy từ quần áo và một số đồ dùng khác từ vải đã được thải bỏ.
Thực nghiệm áp dụng công nghệ cacbon hoá theo mô hình thiết kế của Viện Công
nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu
2.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hoá các loại chất thải rắn
khó phân huỷ. Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực nghiệm như: thời gian, nhiệt độ,
hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ tối ưu nhất, để việc xác định khả
năng áp dụng công nghệ vào việc xử lý chất thải rắn.
Các loại chất thải được dùng cho quá trình thí nghiệm là: gỗ, nhựa, giấy, cao su, và
vải. Khối lượng tiến hành thí nghiệm với các loại mẫu 2 - 8g. Quá trình cacbon hoá được tiến
hành trên thiết bị do Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt
Nam chế tạo.
Trước khi xử lý các loại chất thải đều được phân loại. Các thành phần có khả năng
cacbon hoá sẽ được đem nghiền nhỏ rồi đưa vào lò cacbon hoá để thu được sản phẩm cuối
cùng là “Than sạch”.
Quá trình xử lý được thể hiện qua sơ đồ sau:

Chấ t thả i đ ô thị
Phân loạ i
Xử lý sơ bộ
(nghiề n)

5






Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm quá trình cacbon hoá.

Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm.
Mô tả quá trình thí nghiệm: Chất thải được đưa vào một cốc sứ chịu nhiệt, sau đó đậy
nắp kín và đưa vào lò nung kín bằng điện. Tiến hành quá trình cacbon hoá tại các nhiệt độ
khác nhau theo giá trị nhiệt kế hiển thị, theo dõi quá trình cacbon hoá theo thời gian và nhiệt
độ. Sau khi đủ thời gian cacbon hoá, đưa cốc chứa mẫu ra khỏi lò, giữ nguyên nắp đậy, để
nguội tự nhiên cho vào lọ chứa mẫu.
Trong quá trình cacbon hoá lò nung được đậy nắp kín, khí nóng sinh ra từ hơi nước và
các chất dễ bay hơi trong vật liệu, do áp suất bên trong lò cao hơn bên ngoài, khí nóng trong
lò sẽ thoát ra ngoài, đồng thời ngăn cản sự xâm nhập ôxi vào trong lò, như vậy ôxi sẽ không
tham gia vào quá trình đốt. Trong quá trình này, áp suất của lò không được kiểm soát, áp suất
hoạt động theo hoạt động tự nhiên của lò.
2.3.3. Phƣơng pháp phân tích, tính toán
2.3.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu

Lò đ iệ n
Nhiệ t kế

Nắ p
cố c
Cố c
đựng
chấ t thả i
Chấ t thả i

6
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả của quá trình cacbon hoá tre gỗ
a. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 300
0
C
Bảng 3.1. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
61,97

42,34
26,23
2
20
43,50
45,50
19,79
3
30
40,43
56,12
22,69
4
40
42,29
64,21
27,15
5
50
28,33
46,61
13,21
Trung bình
43,30
50,96
21,82

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của tre gỗ tại T = 300
0
C thay đổi theo

thời gian
b. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 400
0
C
Bảng 3.2. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 400
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
42,20
47,74
20,15
2
20
39,60
55,66
22,04
3
30

36,00
54,44
19,60
4
40
24,40
51,40
12,54
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

7
5
50
19,01
44,25
8,41
Trung bình
32,24
50,70
16,55

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của tre gỗ tại T = 400
0
C thay đổi theo
thời gian
c. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 500
0
C
Bảng 3.3. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 500

0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
43,37
51,31
22,25
2
20
30,46
54,53
16,61
3
30
21,82
45,63
9,96
4
40

20,44
42,86
8,76
5
50
21,13
29,33
6,20
Trung bình
27,44
44,73
12,76

Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ(%)

8

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của tre gỗ tại T = 500
0
C thay đổi theo
thời gian.
Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá tre gỗ ở nhiệt độ 300
0
C, 400
0
C và 500
0
C
với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:

- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 40 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
và t = 20 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0
C và t = 10 phút.
3.2. Kết quả của quá trình cacbon hoá nhựa
a. Cacbon hoá nhựa tại T = 300
0
C
Bảng 3.4. Kết quả cacbon hoá nhựa tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
98,64

51,34
50,65
2
20
83,70
60,90
50,97
3
30
68,19
68,42
46,65
4
40
66,01
73,93
48,80
5
50
66,75
71,51
47,73
Trung bình
76,66
65,22
48,96
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

9

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của nhựa tại T = 300
0
C thay đổi theo
thời gian
b. Cacbon hoá nhựa tại T = 400
0
C
Bảng 3.5. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 400
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
85,35
61,59
52,57
2
20
77,78

65,22
50,73
3
30
57,19
79,75
45,61
4
40
48,12
75,30
36,23
5
50
27,93
72,16
20,15
Trung bình
59,27
70,80
41,06

Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

10

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của nhựa tại T = 400
0
C thay đổi theo

thời gian
c. Cacbon hoá nhựa tại T = 500
0
C
Bảng 3.6. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 500
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
76,77
76,26
58,55
2
20
49,75
78,34
38,97
3
30

26,81
74,02
19,85
4
40
26,65
71,33
19,01
5
50
13,73
64,15
8,80
Trung bình
38,74
72,82
29,04

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của nhựa tại T = 500
0
C thay đổi theo
thời gian.
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

11
Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá nhựa ở nhiệt độ 300
0

C, 400
0
C và 500
0
C
với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 20 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
C và t = 10 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0
C và t = 10 phút.
3.3. Kết quả của quá trình cacbon hoá giấy
a. Cacbon hoá giấy tại T = 300
0
C
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ

(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
65,60
32,44
21,28
2
20
45,20
42,50
19,21
3
30
42,19
45,12
19,03
4
40
42,34
52,29
22,14
5
50
38,79
46,67
18,10
Trung bình
46,82

43,80
19,95

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của giấy tại T = 300
0
C thay đổi theo
thời gian

b. Cacbon hoá giấy tại T = 400
0
C
Bảng 3.8. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 400
0
C
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

12
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1

10
41,91
37,74
15,82
2
20
25,02
41,24
10,32
3
30
25,08
44,45
11,15
4
40
14,24
41,40
5,89
5
50
19,06
34,17
6,51
Trung bình
25,06
39,80
9,94

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của giấy tại T = 400

0
C thay đổi theo
thời gian
c. Cacbon hoá giấy tại T = 500
0
C
Bảng 3.9. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 500
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu
hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ
(%)
1
10
13,94
52,05
7,26
2
20
27,25

44,70
12,18
3
30
21,2
38,16
8,09
4
40
18,24
27,46
5,01
5
50
5,86
12,05
0,71
Trung bình
17,30
34,88
6,65
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

13

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của giấy tại T = 500
0
C thay đổi theo
thời gian.

Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá giấy ở nhiệt độ 300
0
C, 400
0
C và 500
0
C
với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 40 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
C và t = 10 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0
C và t = 20 phút.
3.4. Kết quả của quá trình cacbon hoá cao su
a. Cacbon hoá cao su tại T = 300
0
C
Bảng 3.10. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)

Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
94,73
42,44
40,20
2
20
93,87
47,50
44,59
3
30
80,87
46,12
37,30
4
40
78,80
54,29
42,78
5
50
69,40
46,61
32,35

Trung bình
83,53
47,39
39,44
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

14

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của cao su tại T = 300
0
C thay đổi
theo thời gian.
b. Cacbon hoá cao su tại T = 400
0
C
Bảng 3.11. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su tại T = 400
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)

1
10
41,91
37,74
15,82
2
20
25,02
41,24
10,32
3
30
25,08
44,45
11,15
4
40
14,24
41,40
5,89
5
50
13,56
34,17
4,63
Trung bình
23,96
39,80
9,56

Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

15
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của cao su tại T = 400
0
C thay đổi
theo thời gian
c. Cacbon hoá cao su tại T = 500
0
C
Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su tại T = 500
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
29,59

52,32
15,48
2
20
27,25
49,54
13,50
3
30
21,20
41,63
8,82
4
40
18,24
37,80
6,89
5
50
5,86
28,30
1,66
Trung bình
20,43
41,92
9,27

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của cao su tại T = 500
0
C thay đổi

theo thời gian.
Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá cao su ở nhiệt độ 300
0
C, 400
0
C và 500
0
C
với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 20 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
C và t = 10 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0
C và t = 10 phút.
3.5. Kết quả của quá trình cacbon hoá vải
a. Cacbon hoá vải tại T = 300
0
C
Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
Cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi

sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
Cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
Cacbon hữu cơ
(%)
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

16
1
10
91,62
62,45
57,22
2
20
90,87
61,00
55,43
3
30
86,90
74,46
64,70
4
40
71,18
73,93

52,62
5
50
75,90
71,61
54,35
Trung bình
83,29
68,69
56,86

Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 3000C thay đổi theo
thời gian.
b. Cacbon hoá vải tại T = 400
0
C
Bảng 3.14. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải tại T = 400
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)

1
10
95,83
64,59
61,89
2
20
82,87
68,22
56,54
3
30
72,65
82,70
60,08
4
40
68,26
75,30
51,40
5
50
69,73
73,16
51,01
Trung bình
77,87
72,79
56,19
Tỷ lệ thành phần các bon

hữu cơ (%)

17

Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 400
0
C thay đổi theo
thời gian.
c. Cacbon hoá vải tại T = 500
0
C
Bảng 3.15. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải tại T = 500
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
82,75
78,25
64,75

2
20
64,12
76,34
48,95
3
30
58,97
74,02
43,65
4
40
23,85
70,40
16,79
5
50
14,01
62,34
8,73
Trung bình
48,74
72,27
36,57
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

18

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 500

0
C thay đổi theo
thời gian.
Qua những kết quả của quá trình cacbon hoá vải ở nhiệt độ 300
0
C, 400
0
C và 500
0
C
với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 30 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
và t = 10 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0
C và t = 10 phút.
3.5. Kết quả của quá trình cacbon hoá hỗn hợp chất thải
Thí nghiệm được tiến hành với hỗn hợp chất thải. Khối lượng mẫu hỗn hợp từ 4 - 8g.
Nhiệt độ cacbon hoá ở 300
0
C, 400
0
C và 500
0
C. Thời gian lưu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40
phút, 50 phút. Tỷ lệ thành phần hỗn hợp được tính theo tỷ lệ rác tại khảo sát tại bãi rác Nam

Sơn, Hà Nội tháng 3/2011. Tỷ lệ cụ thể như sau:
Hình 3.16. Bảng thành phần hỗn hợp chất thải thí nghiệm
Thành phần
Tỷ lệ trong trong
rác thải
Tỷ lệ trong hỗn hợp
thí nghiệm
Giấy
6,53%
22,85%
Vải
5,82%
20,36%
Gỗ
2,51%
8,78%
Nhựa
13,57%
47,48%
Da và cao su
0,15%
0,52%
Sản phẩm cacbon hoá của hỗn hợp được đem đo TOC với khối lượng mẫu lấy là
10mg.
a. Cacbon hoá hỗn hợp tại T = 300
0
C
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

19
Bảng 3.17. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp tại T = 300
0
C
STT
Thời gian
Cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
Cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
Cacbon hữu cơ
(%)
1
10
65,52
37,44
24,53
2
20
63,48
33,53
21,28
3
30
52,10
53,06

27,64
4
40
47,63
52,29
24,91
5
50
45,03
46,67
21,01
Trung bình
54,75
44,60
23,87

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của hỗn hợp tại T = 300
0
C thay đổi
theo thời gian
b. Cacbon hoá hỗn hợp tại T = 400
0
C
Bảng 3.18. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp tại T = 400
0
C
STT
Thời gian
Cacbon hoá
(phút)

Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần
Cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
Cacbon hữu cơ
(%)
1
10
59,91
37,74
22,61
2
20
57,43
41,85
24,04
3
30
58,50
46,42
27,16
4
40
35,99
42,28
15,22
5
50

16,91
34,60
5,85
Trung bình
45,75
40,58
18,97

Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

20

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của hỗn hợp tại T = 400
0
C thay đổi
theo thời gian
c. Cacbon hoá hỗn hợp tại T = 500
0
C
Bảng 3.19. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp tại T = 500
0
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi
sản phẩm (%)
Tỷ lệ thành phần

cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ (%)
1
10
17,18
54,34
9,34
2
20
11,71
51,46
6,02
3
30
11,83
41,60
4,92
4
40
10,59
29,75
3,15
5
50
7,75
24,33
1,88
Trung bình

11,81
40,29
5,06

Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

21

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của hỗn hợp tại T = 500
0
C thay đổi
theo thời gian.
Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá hỗn hợp chất thải ở nhiệt độ 300
0
C, 400
0
C
và 500
0
C với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết
luận sau:
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 300
0
C và t = 30 phút
- Điểm tối ưu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 400
0
C và t = 30 phút.
- Điểm tối ưu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 500
0

C và t = 10 phút.
Nhận xét chung:
Qua các bảng số liệu và hình ảnh biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của lò cacbon hóa và
hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gian đối với các loại vật liệu: gỗ, giấy, vải, nhựa, cao su,
và hỗn hợp có thể rút ra nhận xét chung như sau:
- Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn và quyết định hiệu suất thu hồi cacbon hóa, nhiệt độ
cacbon hoá phải phù hợp đối với từng loại vật liệu.
- Thời gian cacbon hóa cũng ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình, thời gian quá ngắn,
chưa thể loại bỏ được các thành phần tạp chất, tỷ lệ cacbon hữu cơ trong sản phẩm thấp, hiệu
quả của quá trình thấp. Thời gian quá dài thì hiệu suất thu hồi càng nhỏ vì các hợp chất dễ bay
hơi, sẽ bị nhiệt phân, hiệu suất thu hồi sẽ thấp.
3.7. Đánh giá nhiệt trị của sản phẩm thu đƣợc
Sau khi thực hiện xong quá trình cacbon hoá các thành phần chất thải, để đánh giá
nhiệt trị của than sinh ra, theo cảm quan, tác giả đã chọn ra một số mẫu sản phẩm đẹp (mẫu đã
được cacbon hoá hoàn toàn, mịn), phân tích nhiệt trị tại phòng phân tích vật liệu rắn của bộ
môn Hoá lý - khoa Hoá học - trường Đại học sư phạm Hà nội 1, kết quả như sau:
Bảng 3.20. Kết quả phân tích nhiệt trị một số sản phẩm cacbon hoá
Tỷ lệ thành phần các bon
hữu cơ (%)

22
TT
Tên mẫu
Kết quả
Q (Kcal/kg)
Tiêu chuẩn kiểm
nghiệm
1
Giấy
3.709,4

ASTM ( D5496)
2
Cao su
1.012,4
ASTM (D5496)
3
Tre
5.493,6
ASTM ( D5496)
4
Vải
5.626,2
ASTM ( D5496)
5
Hỗn hợp
6.413,7
ASTM ( D5496)
6
Nhựa
6.743,0
ASTM ( D5496)
Dưới đây là bảng giá trị nhiệt trị của một số loại nhiên liệu rắn thông thường để so
sánh với sản phẩm than cacbon tạo ra từ chất thải rắn.
Bảng 3.21. Bảng nhiệt trị của một số loại nhiên liệu thông thƣờng
Loại nhiên liệu
Nhiệt trị kJ/kg
Kcal/kg
Than ít bitum loại A
24.490 – 26.823
6.400

Than ít bitum loại B
22.158 – 24.490
5.850
Than ít bitum loại C
19.358 – 22.158
5.293
Than non loại A
14.693 – 19.358
4.624
Than non loại B
14.693
3.510
Củi ép trấu
11.720
2.800
Củi ép mùn cưa
17.580
4.200
Dầu DO
43.138
10.030
Lower and Higher Heating Values of Gas, Liquid and Solid Fuels - National
Laboratory, Argonne, IL, released August 26, 2010,
Từ hai bảng trên ta thấy than sản phẩm của quá trình cacbon hóa có giá trị nhiệt lượng
tương đương với các nhiên liệu thông thường. Với giá trị nhiệt lượng như trên, hoàn toàn có
thể sử dụng than nhiên liệu từ quá trình cacbon hoá chất thải đô thị làm than nhiên liệu.

23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

1. Cacbon hóa chất thải rắn đô thị là một phương pháp xử lý chất thải rắn đô thị mang lại
nhiều hiệu quả trong xử lý chất thải rắn và bảo vệ môi trường.Đề tài đã tiến hành thực nghiệm
với rác thải đô thị để xác định được tỷ lệ thu hồi cacbon hữu cơ (TOC) với quy mô nhỏ hơn
10g, cho thấy hiệu quả của công nghệ.
2. Đã tiến hành khảo sát độ ẩm của chất thải cho thấy lượng ẩm trong các thành phần rác thải
cacbon hoá nhỏ cụ thể: tre gỗ 8,26%; nhựa 1,12%; giấy 8,33%; cao su 1,48%; vải 2,33%,
không ảnh hưởng nhiều đến quá trình cacbon hoá.
3. Xác định được hiệu suất thu hồi cacbon tối ưu đối với các thành phần chất thải với các kết
quả như sau: tre gỗ tại 300
0
C, hiệu suất thu hồi cacbon đạt 26,23%, thời gian cacbon hoá 10
phút; nhựa tại 500
0
C, hiệu suất thu hồi cacbon đạt 58,55%, thời gian cacbon hoá 10 phút; giấy
tại 300
0
C, hiệu suất thu hồi cacbon đạt 22,14%, thời gian cacbon hoá 40 phút; cao su tại
300
0
C, hiệu suất thu hồi cacbon đạt 42,78%, thời gian cacbon hoá 40 phút; vải tại 300
0
C, hiệu
suất thu hồi cacbon đạt 68,18%, thời gian cacbon hoá 30 phút; hỗn hợp tại 300
0
C, hiệu suất
thu hồi cacbon đạt 27,64%, thời gian cacbon hoá 30 phút.
4. Giá trị nhiệt nhiệt trị của sản phẩm thu được đạt giá trị cao có giá trị tương đương
một số loại nhiên liệu truyền thống cụ thể: nhựa 6.743,0 kcal/kg; hỗn hợp 6.413,7 kcal/kg; vải
5.626,2 kcal/kg; tre gỗ 5.493,6 kcal/kg; giấy 3.709,4 kcal/kg; ngoại trừ cao su đạt giá trị thấp
1.012,4 kcal/kg so với dầu DO là 10.030 kcal/kg

Kiến nghị
Từ những kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu đề tài. Tác giả xin đưa ra kiến
nghị như sau: công nghệ cacbon hóa xử lý chất thải rắn đô thị thành nhiên liệu đã chứng tỏ ưu
điểm của công nghệ. Cần tiến hành nghiên cứu chi tiết cụ thể để xác định các ngưỡng nhiệt độ
và chi tết để ứng dụng công nghệ cacbon hoá vào xử lý chất thải, để tận thu nguồn cacbon
hữu cơ, đồng thời giảm diện tích chôn lấp rác thải và các nguy cơ về môi trường khác từ rác
thải.

References
Tài liệu tham khảo tiếng Việt:
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường, (2011), “Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia 2011 -
Chất thải rắn”, Hà Nội.
2. Bộ Tài nguyên và Môi trường, (2005), “Báo cáo hiện trạng môi trường Quốc gia năm
2005”.
3. Bộ Tài nguyên và Môi trường, (2004), “Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004 -
Chất thải rắn”, Hà Nội.

24
4. Bộ xây dựng, (2010), “Quy hoạch tổng thể hệ thông xử lý chất thải y tế nguy hại đến
năm 2025”.
5. Bộ xây dựng, (2009), “Chương trình xử lý chất thải rắn sinh hoạt áp dụng công nghệ,
hạn chế chôn lấp giai đoạn 2009 – 2020”.
6. Chương trình hợp tác JICA, (3/2011), “Báo cáo Nghiên cứu quản lý CTR tại Việt Nam”.
7. Chương trình hợp tác JICA, (5/2011), “Nghiên cứu Quản lý môi trường đô thị tại Việt
Nam - Tập 6”, Nghiên cứu về quản lý CTR ở Việt Nam.
8. Cục bảo vệ môi trường, (2008), Dự án “Xây dựng mô hình và triển khai thí điểm việc
phân loại, thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt cho các đô thị mới”.
9. Phạm Ngọc Đăng, (2000) “Quản lý môi trường đô thị và khu công nghiệp”, Nxb Xây
dựng, Hà Nội.
10. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy, (2004), “Công nghệ xử lý rác thải và chất thải

rắn”, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, Trang 41- 43
11. Trần Hiếu Nhuệ, Ưng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái, (2001), “Quản lý chất thải
rắn - Tập 1. Chất thải rắn đô thị”, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
12. Trần Quang Ninh (2010), “Tổng luận về Công nghệ Xử lý Chất thải rắn của một số
nước và ở Việt Nam”Trung tâm thông tin khoa học và công nghệ quốc gia
13. Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương, (2010), “Báo cáo hiện trạng môi trường
các địa phương”.
14. Viện Công nghệ môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (2007), “Tuyển
tập báo cáo hội nghị khoa học - Công nghệ môi trường, nghiên cứu và ứng
dụng”,Trang 11-17
15. Viện Công nghệ môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (2008), “Tổng
quan tình hình nghiên cứu, công nghệ nhiệt phân, cacbon hóa chất thải”
Tài liệu tham khảo tiếng Anh:
16. A. C. Fieldner (1926) “Low - Temperature carbonization of coal” Washington
Government printing office
17. D J Goucher, “Coalite tyre services pyrolysis process” Presented to the Midland Section
on 19 September, 2002 At the Corus Conference Centre, Scunthorpe.
www.coke-oven-managers.org/PDFs/goucher.pdf
18. Frank M. Gentry (1928), “The technology of low temperature carbonization”, The
Williams & Wilkins Co., Baltimore, Chapter I, IV.

25
19. Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Paredes, and Michael J. Antal, Jr, (2002), “Flash
Carbonization of Biomass”,Hawaii Natural Energy Institute, School of Ocean and
Earth Science and Technology, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, HI 96822.
20. Lower and Higher Heating Values of Gas, Liquid and Solid Fuels - National
Laboratory, Argonne, IL, released August 26, 2010,
21. R. Ketchum, et al, (May 1939), “Low Temperature Carbonization of Utah Coals” A
Report of the Utah Conservation and Research Foundation
to the Governor and State Legislature.

22. R. L. Brown, R. B. Cooper, (January 1927), “Composition of Light Oils from Low-
temperature Carbonization of Utah Coal” Ind. Eng. Chem., 1927, pp 26–31
23. B. Willson Haigh, M. L. A (Bihar), M. I. Chem. E., (August 1940) “Carbonization of
coal and Recovery of by products”.