XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT


•

Phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt có những ưu điểm:
1) Giảm thể tích CTR (giảm 80 - 90% khối lượng thành phần hữu cơ
trong CTR trong thời gian nhanh nhất, CTR được xử lý khá triệt để);
2) Thu hồi năng lượng;
3) Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp CTR;
4) Có thể xử lý CTR tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa,
tránh được các rủi ro và chi phí vận chuyển.


• Phương pháp nhiệt cũng có những hạn chế như:
1) Đòi hỏi chi phí đầu tư xây dựng lò đốt, chi phí vận hành và xử lý khí
2)
3)

thải lớn.

Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, người vận hành lò đốt
đòi hỏi phải có trình độ chuyên môn cao.
Đặc biệt, quá trình đốt chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường
nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không
đảm bảo.


•
•
•

Thiêu hủy (incineration)
Khí hóa (Gasification)
Nhiệt Phân (Pyrolysis)


ĐỐT
•

Đốt là quá trình oxi hoá chất thải rắn bằng oxy không khí
dưới tác dụng của nhiệt và quá trình oxy hóa hóa học. Bằng
cách đốt chất thải, ta có thể giảm thể tích của CTR đến 80 – 90%.
o
Nhiệt độ buồng đốt phải cao hơn 800 C. Sản phẩm cuối cùng của
quá trình đốt là:

•

1) bụi

•

2) các khí có nhiệt độ cao bao gồm cacbonic, NO x, SOx hơi nước, HF, HCl
và

•
•

3) tro.
Năng lượng có thể được thu hồi nhờ quá trình trao đổi nhiệt với khí

sinh ra ở nhiệt độ cao.


•

Đốt vừa đủ khí (q trình đốt lượng hóa, q trình đốt hóa học) là q trình đốt
được thực hiện với một lượng oxy (khơng khí) cần thiết vừa đủ để đốt cháy
hồn tồn CTR.

•

C6H6 + 7.5O2  3H2O + 6CO2


•
•

Đốt dư khí

•

Lượng khơng khí dư ảnh hưởng đến nhiệt độ của q trình đốt và thành phần của khí sinh
ra.

Vì tính chất khơng đồng nhất của CTR nên khó đốt hồn tồn CTR với một lượng vừa đủ
khơng khí theo lý thuyết. Trong một số hệ thống đốt CTR, chế độ đốt dư khí được sử dụng
nhằm đảm bảo sự xáo trộn tốt và mọi thành phần trong CTR tiếp xúc tốt với khơng khí.


Q TRÌNH KHÍ HĨA

•
•

Q trình khí hóa là q trình đốt các loại vật liệu trong điều kiện thiếu oxy.

•

Khí hóa là một kỹ thuật đốt có hiệu quả về mặt năng lượng, được áp dụng với mục đích
giảm thể tích chất thải và thu hồi năng lượng.

Q trình khí hóa dùng để đốt CTR chứa hàm lượng carbon cao nhằm tạo ra nguyên liệu
đốt giàu CO, H2, và một vài hydrocarbon no (chủ yếu là CH4).


Q TRÌNH NHIỆT PHÂN

•

Nhiệt phân là q trình phân hủy hay biến đổi hóa học CTR ở nhiệt độ cao trong điều kiện
khơng có oxy. Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là bẻ gãy mạch liên kết
C-C, khơng có xúc tác, chúng tạo thành những gốc tự do và có đặc tính chuỗi, nhiệt độ càng
tăng thì cắt mạch càng sâu.


Q TRÌNH NHIỆT PHÂN

•

Sản phẩm của q trình nhiệt phân CTR gồm các chất ở dạng khí, lỏng, rắn. Ở nhiệt độ cao

các sản phẩm ở dạng lỏng một mặt bị hóa hơi và mặt khác tiếp tục bị nhiệt phân cắt mạch
tạo thành các sản phẩm đơn giản hơn. Chất rắn (cặn carbon) là do sự phân hóa
hydrocarbon đến carbon tự do.


Q TRÌNH NHIỆT PHÂN

•
•

Q trình nhiệt phân là q trình thu nhiệt.
Nhiệt phân bằng hồ quang – plasma: được thực hiện ở nhiệt độ cao (có thể đến 10.000oC)
để tiêu hủy chất thải có tính độc cực mạnh. Sản phẩm là khí H2, CO2, khí acid và tro...


Các ngun tắc cơ bản của q trình cháy (3T)

•
•

Nhiệt độ (temperature)

•

Nếu nhiệt độ q cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn, ảnh hưởng đến thời gian lưu khí trong buồng thứ
cấp có nghĩa là làm giảm sự tiếp xúc giữa khơng khí và khí gas, dẫn đến khói thải đen, nồng độ CO, THC
trong khí thải cao.

•

Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẽ xảy ra không hồn tồn và sản phẩm khí thải cũng có khói
đen.

Phải đảm bảo đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh và hồn tồn, khơng tạo dioxyn, đạt hiệu quả xử lý tối
đa (nhiệt độ đối với CT nguy hại là 1100oC, CTR sinh hoạt > 900oC)


Các ngun tắc cơ bản của q trình cháy (3T)

•
•

Độ xáo trộn (turbulance)
Để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giửa CTR cần đốt và chất oxy hóa, có thể đặt các
tấm chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc nghiêng thích hợp giữa dịng khí với béc
phun để tăng khả năng xáo trộn.


•

Béc phun: Dùng để tạo ra
những hạt dầu có kích
thước nhỏ, đảm bảo cho
quá trình cháy diễn ra triệt
để và tiết kiệm nhiên liệu


Các ngun tắc cơ bản của q trình cháy (3T)

•

•

Thời gian (time)

•

Thời gian lưu cần thiết phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt và nhiệt độ đốt.

Thời gian lưu cháy cần đủ lâu để phản ứng xảy ra hồn tồn. Đối với các lị hoạt động theo ngun lý
nhiệt phân, đảm bảo thời gian lưu cháy phù hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng sơ cấp
để cấp khí gas lên buồng thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt.


ĐỒNG XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI TRONG LÒ NUNG
XI MĂNG


o
Nhiệt độ nung kết là 1450 C và
nhiệt độ ngon lửa trong lò quay
o
o
phải đạt được 1800 C - 2000 C

Qui trình sản xuất xi măng sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế
(Theo Holcim Vn, 2005)


•
•

•
•

Để đạt được tình trạng phân huỷ hồn tồn cần có nhiệt độ đủ cao, cung cấp đủ
ơxy, thời gian lưu cháy và điều kiện trộn tốt. Các lò xi măng đều có thể đáp ứng
được các yêu cầu này.
Tuy nhiên, thơng thường lị nung xi măng đạt được thời gian lưu cháy lâu hơn
(6-10 giây) và nhiệt độ cao hơn (>1.4000C) so với các lò đốt chất thải chuyên
dụng.
Mặt khác, ở lị nung xi măng tính kiềm của xi măng sẽ trung hồ HCl và các
axit  dạng khí khác sinh ra trong q trình đốt cháy chất thải.
Do vậy, lị nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cũng như
hiệu quả làm sạch khí thải ưu việt. Đó cũng là lý do vì sao lò nung xi măng là lý
tưởng đối với việc thiêu đốt chất thải.


•

Chất thải ở dạng nguyên liệu hay nhiên liệu sau q trình đốt cặn bả cịn lại có
thành phần vật chất phù hợp với thành phần xi măng như: CaO, SiO2, Al2O3,
Fe2O3 …


Lợi ích kinh tế trước mắt
-  Lị nung xi măng sẽ tận dụng được nhiệt năng từ việc đốt cháy các chất thải thay thế tiết kiệm khoảng
20-25%

nhiên

liệu

cho

q

trình

đốt.

-  Có thể đưa vào lò nung clinker một lượng chất thải nhất định, khoảng 5-10% để thiêu huỷ. Các chất
thải này sẽ là thành phần phụ gia cho xi măng, trong quá trình thiêu đốt các chất này sẽ tương tác hoặc
kết hợp với nguyên liệu xi măng và không ảnh hưởng đến thành phần xi măng.
- Như vậy sẽ góp phần tiết kiệm 5-10% nguồn tài nguyên nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng.


Lựa chọn chất thải
•

Các chất thải được sử dụng trong lò nung xi măng:
-  Dầu đã qua sử dụng 
-  Bùn cặn (cơng nghiệp lọc dầu, nhà máy hố chất, sản xuất giấy ...)
-  Dung môi đã qua sử dụng 
-  Sơn
-  Thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ
-  Bùn xưởng in
-  Dầu axit/chất lỏng kiềm thải bỏ
- Tro từ các nhà máy cơng nghiệp, các q trình thiêu đốt.
-  Lốp xe thải; -  Cao su thải
-  Nhựa; -  Vinyl
-  Giấy/gỗ thải

-  Bùn cặn sau xử lý nước thải
-  Chất thải vô cơ; -  Xỉ

•

Các chất thải khơng được xử dụng trong lò nung xi măng:
-  Chất thải là các axit mạnh (sulfuric, nitric, clohydric...)
-  Chất thải là các kiềm mạnh (Na2O, K2O) 
-  Chất nổ 
-  Chất phóng xạ
-  Chất thải y tế
-  Pin
-  Chất thải axit khoáng
-  Chất thải điện tử
-  Kim loại vụn



Lựa chọn chất thải

•

Các yêu cầu chất thải khi sử dụng trong lị nung xi măng
-  Nhiệt trị: khơng nhỏ hơn 12700 kJ/kg chất thải.
-  Độ ẩm: càng nhỏ càng tốt 
- Tổng lượng kiềm tính theo tổng K2O và Na2O nhỏ hơn 4%.
- Tổng lượng Cl nhỏ hơn 500ppm
-  Hàm lượng kim loại bay hơi có nhiệt độ nóng chảy thấp: nhỏ hơn 1000 ppm,
tuy nhiên riêng Hg, Cr, As và Cd nhỏ hơn 150 ppm.
-  Nếu chất thải ở dạng rắn thì u cầu kích thước càng nhỏ càng tốt. Chất thải

có kích thước to hơn (như lốp xe cũ) cũng có thể được sử dụng khi lắp thêm
thiết bị để nạp.


•
•

Tùy thuộc vào loại nhiên liệu thay thế được sử dụng trong sản xuất clinker mà
dây chuyền sản xuất có thể được trang bị các thiết bị hỗ trợ thích hợp cho việc
nạp liệu. Điều này dẫn đến phải đầu tư thêm vốn vào qui trình sản xuất.
Thêm vào đó, các nhà máy xi măng khi sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế
phải có những thiết bị tiền xử lý cần thiết để sơ chế, đồng nhất một số loại chất
thải chưa thích hợp để sử dụng trong qui trình sản xuất, vì có những loại chất
thải nếu khơng được sơ chế hay làm đồng nhất trước có thể ảnh hưởng đến
hiệu suất lị ví dụ như làm nghẹt các vòi phun nhiên liệu hoặc là tro tồn tại
không đồng đều.


KIỂM SỐT Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG DO CÁC Q TRÌNH NHIỆT

•

Kiểm sốt bụi: phân loại tại nguồn, kiểm sốt q trình đốt (combustion controls), xử lý bụi
bằng lọc tĩnh điện hoặc lọc túi vải

•
•
•

Kiểm sốt NOx: phân loại tại nguồn, kiểm sốt q trình đốt, xử lý khí

Kiểm sốt SO2 và hơi acid: phân loại tại nguồn, xử lý bằng tháp rửa khí hoặc lọc khơ
Kiểm sốt CO và THC: kiểm sốt q trình đốt