Tải bản đầy đủ (.pdf) (70 trang)

các phương pháp xử lý chất thải rắn công nghiệp và chất nguy hại

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.72 MB, 70 trang )

1
1
XỬ LÝ CTR CÔNG NGHIỆP VÀ CTR NGUY HẠI
X
X
Ử LÝ
Ử LÝ
CTR CÔNG NGHI
CTR CÔNG NGHI


P V
P V
À
À
CTR NGUY H
CTR NGUY H


I
I
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
C
C
Á
Á
C PHƯƠNG PH
C PHƯƠNG PH
Á
Á
P X


P X




2
Nội dung


Phương ph
Phương ph
á
á
p cơ h
p cơ h


c
c


Phương ph
Phương ph
á
á
p h
p h
ó
ó
a h

a h


c v
c v
à
à
h
h
ó
ó
a lý
a lý


Phương ph
Phương ph
á
á
p nhi
p nhi


t
t


Phương ph
Phương ph
á

á
p
p


n đ
n đ


nh h
nh h
ó
ó
a r
a r


n
n


Bãi chôn l
Bãi chôn l


p
p


Phương ph

Phương ph
á
á
p sinh h
p sinh h


c
c


Kh
Kh


năng
năng
á
á
p d
p d


ng c
ng c
á
á
c k
c k



thu
thu


t x
t x




2
3
Xử lý cơ học
Chuẩn bị cho các quá trình xử lý
tiếp theo:


Gi
Gi


m k
m k
í
í
ch thư
ch thư



c:
c: dùng búa
đập, kéo hoặc máy nghiền


Phân lo
Phân lo


i:
i: theo khối lượng,
theo kích thước hoặc theo từ
tính (chủ yếu là tách KL).


N
N
é
é
n:
n: gia tăng khối lượng riêng
của các loại vật liệu.
4
Xử lý cơ học
Tuy
Tuy


n ch
n ch



t th
t th


i:
i: dùng để tái sinh CTR của công nghiệp khoáng
sản, tro nhiên liệu, hỗn hợp chất dẻo, xỉ luyện kim màu:


Tuy
Tuy


n tr
n tr


ng l
ng l


c.
c.


Tuy
Tuy



n t
n t


.
.


Tuy
Tuy


n đi
n đi


n.
n.


Tuy
Tuy


n n
n n


i:

i: tuyển các phế liệu riêng bi
ệt như xỉ luyện kim
•Một số phương pháp tuyển đặc biệt khác
3
5
Quá trình hoá lý
Chất thải nguy hại
Phương pháp lý học
SCR Lọc
Lắng Màng
Hấp phụ
Chất lỏng
Chất rắn
Chất thải nguy hại
Hóa chất
Chất thải ít độc hơn
Phương pháp hóa học
6
x
Đất ô nhiễm
x
x
x
x
x
x
x
x
X
x

Lỏng
Dạng
Rắn/bùn
xxXxXxĐông lạnh
XXXBốc hơi
xXXXXSục khí và sục
hơi
xxMàng
XXXXChiết xuất dung
môi
xxxTrao đổi ion
xxThủy phân
xPhục hồi dd
điện phân
xXxXChưng cất
XxxxHấp phụ
Khí
Dd họat động
Dd chứa CHC
Dd chứa KL
PCBs
Dầu thải
CHC khác
CHC clo hóa
Dung môi khác
Dung môi clo
hóa
Cyanua
Ăn mòn
Phương pháp

xử lý hóa lý
Dòng thải
4
7
Phương trình cân bằng vật
chất:
Q
w
(C
v
-C
r
) = Q
A
(A
r
-A
v
)
Q
w
, Q
A
: lưulượng nước
và khí, m
3
/s
C, A: nồng độ ô nhiễm
trong nước và khí, kmol/m
3

Tách khí
•Chủ yếu được dùng để cải tạo
đất hoặc xử lý nước ngầm bị
nhiễm VOC
•Ví dụ: xử lý nước ngầm nhiễm
VOC với nồng độ 200 mg/L
Dòng vào
Vòi phun
nước
Máy thổi
khí
8
 D: 0.5 - 3m
 H: 1 - 15 m
Tỷ lệ lưu lượng không khí/nước = 5-10
2
 Độ sụt áp: 200-400 N/m
2
/m cao.
 Nhược điểm: chỉ chuyểnchất ô nhiễmtừ lỏng sang khí và phải
xử lý sơ bộ nướcthải
Thiếtkế
5
9
Khử chấthữucơ tan trong nước.
Tách khí bằng dòng hơimangnhiệt
Dòng vào
Nước sau
tách khí
Hơi nước

Khí ra
10
Định luật Henry:
p
a
= H.C
l
•p
a
: áp suất riêng phầnkhí
•H: hằng số Henry
•C
l
: nồng độ trong pha lỏng
•Cân bằng khốilượng:
F.C
A,F
= B.C
A,B
+ DC
A,D
+ OC
A,O
•F:lưulượng khốilượng
•C
A,-
: nồng độ A trong các dòng khác nhau:
•B, D, O: lưulượng khốilượng dòng đáy, dòng hữu
cơđược tách, khí ra.
Các phương trình thiết kế cơ bản

6
11
Phương trình truyềnkhối
Truyềnkhối ở mâm (n+1)
GY
A,n
+ LX
A, n+2
= GY
A,n+1
+ LX
A, n+1
•G: khốilượng mol dòng hơi(mol/h)
•L: khốilượng mol dòng lỏng (mol/h)
•Y
A
: nồng độ mol A trong pha khí (mol/mol)
•X
A
: nồng độ mol A trong pha lỏng (mol/mol)
Các phương trình thiết kế cơ bản
12
GAC dùng để khử
chấthữucơ
Hấp phụ bằng than họat tính
7
13
Các giai đoạntruyềnkhối:
Khuếch tán màng (bên ngoài)
Khuếch tán qua lỗ rỗng hoặcbề mặt (bên trong)

Phản ứng trên bề mặt
Lý thuyết truyền khối
14
Phương trình đường đẳng nhiệt Freundlich
•q=K
f
.C
1/n
(hoặcq=K
f
.C
n
)
•q: nồng độ trong pha rắn (mol/g…)
•C: nồng độ tương ứng trong pha lỏng (mol/l…)
•K
f
và 1/n: hằng số thực nghiệm
Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir
•q=(Q
max
.K
L
.C)/(1+K
L
C)
•Q
max
:nồng độ bề mặttối đa
•K

L
: hằng số
Lý thuyết truyền khối
8
15
Đường cong hấp phụ
16
a) Xuôi dòng dãy hộp b) Xuôi dòng song song
c) Tầng hấpphụ chuyển động d) Ngượcdòngdãyhộp(lơ lửng)
Kiểu thiết bị GAC
9
17
1. Kiểuthiếtbị
2. Thờigiantiếpxúc
3. Tỷ lệ chiềucao/đường kính > 4:1
4. Tảitrọng thuỷ lực = 80- 400L/m
2
.ph
5. Trở lực ⇒ giảmáplực
6. Dung lượng hấpphụ ⇒ đường đẳng nhiệt
7. Yêu cầutáisinh
8. Loại than
Thiết kế cột GAC
18


C
C
á
á

c
c
ch
ch


t
t
đư
đư


c
c
oxy
oxy
ho
ho
á
á
:
: VOC clo hoá, mercaptan, phenol, CN
-


T
T
á
á
c

c
nhân
nhân
oxy
oxy
ho
ho
á
á
:
: O
3
, H
2
O
2
, Cl
2
,UV/O
3
/H
2
O
2


X
X



lý:
lý: chấtthảilỏng nguy hại, hoặc đấtbị nhiễmbẩn
•Đặc trưng bởithế oxy hoá khử








Π
Π
−=
y
x
o
ungphanchat
phamsan
nF
RT
EE
)__(
)_(
ln
Oxy hóa hóa học


E:
E: thế oxy hóa khử, V

E
E
o
o
:
: thế oxy hóa khửở điều tiêu chuẩn, V


R:
R: hằng số
T:
T: nhiệt độ


n:
n: số e trao đổi
F:
F: hằng số Faraday
10
19
NaBH
4
+ 8Cu
+
+ 2H
2
O = 8Cu +
NaBO
2
+ 8H

+
4KMnO
4
+ 3H
2
S = 2K
2
SO
4
+S
+3MnO + MnO
2
+ 3H
2
O
6FeSO
4
+ 6H
2
SO
4
+ 2CrO
3
=
6Fe
2
(SO
4
)
3

+ Cr
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O
2NaCNO + 3Cl
2
+ 4NaOH =
N
2
+ 2CO
2
+ 6NaCl + 2H
2
O
H
2
SO
3
+2CrO
3
= Cr
2
(SO
4
)

3
+3H
2
OCNCl + 2NaOH = NaCNO + H
2
O
+ NaCl
3SO
2
+ 3H
2
O = 3H
2
SO
3
NaCN + Cl
2
= CNCl + NaCl
Kh
Kh


2Fe
2+
+ HOCl + 5H
2
O =
2Fe(OH)
3
+ Cl

-
+ 5H
+
2CN
-
+ O
2
= 2CNO
-
4 H
2
O
2
+ S
2-
= SO
4
2-
+ 4H
2
O
CH
2
O +1/2O
2
= CO
2
+ H
2
OH

2
O
2
+ H
2
S = 2H
2
O + S
CH
2
Cl
2
+2H
2
O
2
=CO
2
+2H
2
O+2HClNaCN + H
2
O
2
= NaCNO + H
2
O
CH
3
CHO + O

3
= CH
3
COOH + O
2
NaCN + O
3
= NaCNO + O
2
Các phản ứng oxy hoá thường gặp
20


O
O
3
3
:
: mạnh, khử hầuhếtcácchấthữucơđộchại. Tuy nhiên, O
3

chi phí đắtvàkhóvậnhành
Thiết kế


H
H
2
2
O

O
2
2
:
: tạoOH·
OH· + RHFe
2+
= R· + H
2
O + Fe
2+
R· + H
2
O
2
Fe
2+
= OH· + ROH + Fe
2+
R· : gốchữucơ hoạt động


Clorine
Clorine
:
: thường áp dụng trong xử lý chấtthảilỏng.
CN
-
+ OCl
-

= CNO
-
+ Cl
-
11
21
• Để trích ly hoặc oxy hoá CHC ở nhiệt độ cao và áp suất cao.
• Nhiệt độ: 600-650
o
C, thờigianlưu: <1phút.
Dòng siêu tớihạn (supercritical fluids)
22
99.9998
0.55742,4-Dinitrotoluen
99.99
7.0440Dextroxe
99.96
3.2460Methyl ethyl
ketone
99.99
3.7510PCB 1254
99.99
3.7510PCB 1234
99.997
3.7505DDT
99.993
4.45004,4-
dichlorobiphenyl
99.99
3.64951,2,4-trichloro

benzene
99.99
3.5488Hexachlorocyclope
ntadiene
99.99
3.6495o-
Chlorotoluene
99.99
3.64951,1,2,2-tetrachloro
ethylene
99.99
3.64951,2-ethylene
dichloride
99.99
3.64951,1,1-
trichloroethane
99.93
3.6495o-Xylene
99.97
7450Biphenyl
99.97
7445Cyclohexan
Hịêu
suất, %
Thời
gian,
phút
Nhiệt
độ,
o

C
HợpchấtHịêu
suất,
%
Thời
gian,
phút
Nhiệt
độ,
o
C
Hợpchất
Áp dụng dòng siêu tới hạn để khử CHC
12
23
•3 q trình màng: điệngiải, RO và UF
Q trình màng
Concentrate
Fluid flow
Permeate
macromolecule
particle
membrane pore
24
Áp suất qua màng
Đối với dòng chảy ngang:
• P
tm
– Gradient áp suất qua màng, kPa P
f

= Áp suất dòng vào, kPa
• P
c
= Áp suất dòng đậm đặc, kPa P
p
= Áp suất dòng thấm, kPa
Tổngtổnthấtáplựcqua màng:
Tổng lưu lượng thấm :
• Q
p
– Lưu lượng dòng thấm, kg/s A = Diện tích màng, m
2
• F
w
= Dòng thấm qua màng, kg/m
2
.s P
p
= Áp suất dòng thấm, kPa
p
cf
tm
P
PP
P −








=
2
f
p
P
PP
=

AFQ
wp
×
=
13
25
Các loại màng
26
Ví dụ 1. Tách PCBs từ dầuthải
Extractor
Dung môi
Khử dung môi
Nước sau xử lý
Nước
trướcxử lý
Dung môi và chấttan
Thu hồi
Chấttan
Dung môi
Sảnphẩmtinhlọc

•Gồm các bước sau:
• Chiếtxuất PCB bằng dung môi di-methylformaldehyde
• Cô đặcPCB
• Dung môi đượcchưng cấtvàtuần hoàn
14
27
Ví dụ 2. Khử Cr
6+
H
2
SO
3
+ 2CrO
3
=
Cr
Cr
2
2
(SO
(SO
4
4
)
)
3
3

↓+ 3H
2

O
Phương trình cơ bản:
3SO
2
+ 3H
2
O = 3H
2
SO
3
Kếttủabằng OH
-
hoặcS
2-
cũng đượcápdụng với kim loại.
Kếttủa
Ch
Ch


t
t
th
th


i
i
nguy
nguy

h
h


i
i
T
T
á
á
c
c
ch
ch


t
t
k
k
ế
ế
t
t
t
t


Ch
Ch



t
t
l
l


ng
ng
28
Ví dụ 3. Trung hoà dòng thải
T
T
á
á
c
c
ch
ch


t
t
CT
CT
nguy
nguy
h
h



i
i
T
T
á
á
c
c
ch
ch


t
t
CT
CT
nguy
nguy
h
h


i
i
T
T
á
á

c
c
c
h
c
h


t
t
C
T

C
T

n
g
u
y
n
g
u
y
h
h


i
i

T
T
á
á
c
c
c
h
c
h


t
t
C
T

C
T

n
g
u
y
n
g
u
y
h
h



i
i
T
T
á
á
c
c
ch
ch


t
t
CT
CT
nguy
nguy
h
h


i
i


ng
ng

d
d


ng
ng
:
: nướcthải pH cao hoặcthấp
T
T
á
á
c
c
ch
ch


t
t
trung
trung
ho
ho
à
à
:
: đá vôi, Na
2
CO

3
, H
2
SO
4
.
15
29
•Giảm thể tích chất thải, thu nhiệt, tro.
•Giảm nguy cơ rò rỉ
•Tiết kiệm diện tích
•Tuy nhiên có thể gây ONKK
Phương pháp nhiệt
30
•Nguy hại sinh học
•Khó phân huỷ sinh học, bền vững
•Dễ phát tán, bay hơi
•Điểm nóng chảy dưới 40
o
C
•Dễ rò rỉ
•Chứa halogen, Pb, Hg, Cd, Zn, N, P, S.
Xử lý chất thải bằng pp nhiệt
16
31
Hi
Hi


u su

u su


t kh
t kh


:
:
W
i
, W
o
: khối lượng CHC nguy hại dòng vào và ra.
Các tiêu chuẩn lò đốt
(
)
%100×

=
i
oi
W
WW
DRE
Ph
Ph
á
á
t th

t th


i kh
i kh
í
í
:
: SO
x
, hạt lơ lửng (SPM), dioxin
32
Là quá trình oxy hoá CHC ở nhiệt độ cao.
Quá trình đốt
Gi
Gi
á
á
tr
tr


nhi
nhi


t th
t th



c c
c c


a hh ch
a hh ch


t th
t th


i:
i:


=
=
1i
iihh
NHVXNHV
NHV
i
: nhiệt các chất thành phần
X
i
: tỷ lệ các thành phần
Nhi
Nhi



t đ
t đ


đ
đ


t:
t:
()
()
()
()
[]
NHVEA
NHV
Ft
o
4
1068.2117.0
60

×++
+=
EA: nhiệt lượng của KK thừa: 0.7 kJ/kg.
o
F
Nhiệt độ kk: 60

o
F
17
33
Quá trình đốt – Nguyên tắc 3T
T
T
emperature
Nhiệt độ
T
T
ime
Thời gian
T
T
urbulence
Độ xáo trộn
Đốt hoàn toàn
34
Quá trình truyền nhiệt
Các chế độ truyền nhiệt:
• Đối lưu (convection)
• Dẫn nhiệt (conduction)
• Bức xạ (radiation)
Ở t
o
thấp, dẫn nhiệt và đối lưu chiếm ưu thế.
Ở t
o
cao, bức xạ chiếm ưu thế

18
35
Vận hành lò đốt
Thành phần chất thải
Sản phẩm
36
Cấu tạo lò đốt
Chất thải (CT)
Chuẩn bị CT
Cấp vào tbị
Lò đốt
Thải bỏ tro
Ống khói
Khử khí axit
Khử bụi Làm lạnh khí
Xử lý tiếp
19
37
Chuẩn bị chất thải
Ch
Ch


n r
n r
á
á
c:
c: Tránh nghẹt ống
Nghi

Nghi


n c
n c


t:
t: Kiểm soát kích thước hạt
Ho
Ho
à
à
tr
tr


n:
n: Nhằm đạt giá trị nhiệt thực
Đ
Đ


t:
t: Nhằm đạt độ nhớt yêu cầu
38
Thiết bị cấp chất thải
Đầu đốt, vòi phun
Kh
Kh

í
í
Ch
Ch


t
t
l
l


ng d
ng d


ch
ch
á
á
y
y




c
c
th
th



i
i
Injector/đầu đốt hơi hay air
atomized
Đầu đốt
Dung
Dung
môi
môi
Injector/đầu đốt hơi hay air
atomized
20
39
Thiết bị cấp chất thải
Cấp thủ công sau nghiền
cắt/ đóng gói
Nh
Nh


a
a
đư
đư


ng
ng

r
r


n
n
B
B


t/
t/
b
b
á
á
nh
nh
Thiết bị cấp bằng trọng lực
sau khi nghiền
B
B
ù
ù
n
n
Bơm trục vít sau khi tách
nước
CTR
CTR

n
n
ó
ó
i chung
i chung
Thiết bị cấp bằng trọng lực
sau khi nghiền
40
Thông số thiết kế lò đốt
•Thể tích buồng đốt
•Nhiệt độ
•Lượng khí cấp
•Khuấy trộn
•Thời gian lưu
Nhi
Nhi


t lư
t lư


ng t
ng t


o th
o th
à

à
nh:
nh:
xabuc
lieunhien
khi
_enthapyVenthapyQ
hoi_nuoc
_
tao_thanh
+
+
×
=
Nhu c
Nhu c


u nhiên li
u nhiên li


u
u
capthanhtao
QQ

=
_
21

41
Thông số thiết kế lò đốt
T
T


c đ
c đ


sinh nhi
sinh nhi


t:
t: 0.56-0.94 GJ/h/m cao
Bu
Bu


ng đ
ng đ


t sơ b
t sơ b


(bu
(bu



ng 1)
ng 1) được phân chia sao cho buồng
đốt sau đạt giá trị TB của khoảng trên.
Bu
Bu


ng đ
ng đ


t sau (bu
t sau (bu


ng 2):
ng 2): hiệu chỉnh tổng dòng khí vào để
đạt được nhiệt độ vùng đốt trong thời gian lưu là 2s.
Buồng đốt 1 không đủ thời gian lưu, độ xáo trộn và nhiệt độ để
phân huỷ hoàn toàn CHC.
Bu
Bu


ng 1:
ng 1: 700-815
o
C → nóng chảy chất vô cơ.

Bu
Bu


ng 2:
ng 2: 980-1200
o
C→oxy hoá hoàn toàn CHC
V
V


n t
n t


c dòng kh
c dòng kh
í
í
thi
thi
ế
ế
t k
t k
ế
ế
:
: 4.5-8 m/s

42
Thu hồi năng lượng
M
M


c đ
c đ
í
í
ch:
ch:
•Tận dụng nhiệt lượng
•Hạ nhiệt độ khí thải
Bi
Bi


n ph
n ph
á
á
p t
p t
á
á
i s
i s



d
d


ng:
ng:
•Dùng trong nồi hơi
•Đốt khí trước khi vào buồng đốt
•Gia nhiệt khí thải sau xử lý bụi
ướt
Khí
Nước
Hơi
Hỗn
hợp
nước
+ hơi
22
43
Kiểm soát ô nhiễm không khí
• Quá trình đốt sẽ tạo ra các chất ô nhiễm không khí


S
S


n ph
n ph



m c
m c


a qu
a qu
á
á
tr
tr
ì
ì
nh đ
nh đ


t:
t: hơi nước, CO
2
, mồ hóng, bụi, khí
acid (NO
x
, SO
x
), KL nặng (Pb, Cd, Hg), PAH, tro


Nhi
Nhi



t đ
t đ


:
: khí thải <300
o
C


H
H


th
th


ng l
ng l
à
à
m s
m s


ch kh
ch kh

í
í
:
:
• Khử bụi
• Khử khí acid: HCl, SO
2
, HF.
44
Thiết bị khử bụi


Phương ph
Phương ph
á
á
p khô
p khô: nén, phân tách ly tâm, lọc sợi, lọc tĩnh điện.


Phương ph
Phương ph
á
á
p ư
p ư


t:
t: tháp mâm và tháp đệm, cyclone ướt, ống

ventury, tháp hấp thu, thiết bị ion hoá tĩnh điện ướt (electrostatic-
wet ionizer)
Buồng lắng bụi
Cyclone
23
45
Thiết bị khử khí acid


Phương ph
Phương ph
á
á
p khô:
p khô: tháp hấp phụ.


Phương ph
Phương ph
á
á
p ư
p ư


t:
t: hấp thụ, thiết bị tiếp xúc ướt
Tháp hấp thụ
Scrubber
46

Vận hành lò đốt
Ki
Ki


m so
m so
á
á
t c
t c
á
á
c y
c y
ế
ế
u t
u t


:
: dòng vào, lượng khí dư, nhiệt
độ, sự phát thải
C
C
á
á
c phương ph
c phương ph

á
á
p v
p v


n h
n h
à
à
nh lò đ
nh lò đ


t:
t:
•Lò đốt kiểu Grate: dùng cho chất thải có kích thước lớn và
không đồng nhất, không dùng cho xử lý CT nguy hại
•Lò đốt kiểu Hearth: thường dùng xử lý CTNH hoặc CTCN.
Phân lo
Phân lo


i:
i:
•Quy mô lớn
•Kết hợp với các công trình nhiệt của nhà máy
•Kết hợp với lò đốt có sẵn
•Quy mô nhỏ
24

47
Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)
48
Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)
• Hình trụ, refractory-lined shell, đặt dốc.
• Lò chuyển động quay nhằm tạo đk tiếp xúc giữa chất
thải và kk.
• Hệ thống bao gồm:
•Hệ thống cấp chất thải
•Lò đốt thùng quay
•Hệ thống cấp nhiên liệu
•Buồng đốt sau
•Hệ thống kiểm soát ONKK
• Thích hợp xử lý nhiều loại chất thải.
25
49
Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)
•Đường kính: 1.5-4m
•Chiều dài: 3-9 m
•Vận tốc quay: 5-25 cm/s
•Thời gian lưu (solid retention time):
NDS
L19.0
=
θ
•θ: Thời gian lưu (phút) L: chiều dài (m)
•N: vận tốc quay (vòng/phút) S: độ dốc (m/m)
•D: đường kính (m)
50
Hệ thống lò quay (Rotary Kiln Incinerator System)



Đi
Đi


u ki
u ki


n v
n v


n h
n h
à
à
nh:
nh:
•Nhiệt độ: 800-1600
o
C
•Có refractory-lined
•Thời gian lưu:
•Chất rắn: 0.5-2 giờ
•Khí: 2s


Ưu đi

Ưu đi


m:
m: xử lý nhiều loại chất thải, t
o
xử lý lên đến 1600
o
C, có thể
vận hành liên tục hay từng mẻ.


Như
Như


c đi
c đi


m:
m: cần kỹ thuật cao, chi phí duy tu bảo dưỡng cao, gây ô
nhiễm không khí, trong thùng có sự va đập của chất rắn nên dễ bị
mài mòn.

×