Luận văn thạc sỹ kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng than trấu xử lý dầu mỡ, COD và chất màu trong nước thải

Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực phản ánh đúng thực nghiệm trong quá trình nghiên
cứu và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào.
Học viên
Vũ Công Thắng
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Đào tạo Sau đại học
- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên trong
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã
quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và
nghiên cứu tại trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ Đức Thảo đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các anh chị và các bạn phòng C5-
10 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã
giúp đỡ tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt bản luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ động
viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2014
Học viên
Vũ Công Thắng
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
DANH MỤC VIẾT TẮT
COD Chemical oxygen demand
USDA

United States Department of
Agriculture
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long
RHA Rice hush ask
PCB Polychlorinated biphenyl
TDT – 3R
Thermal Desorption Technology –
Recycle, Reduce, Reuse
CTR Chất thải rắn
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 2
DANH MỤC VIẾT TẮT 3
ĐẶT VẤN ĐỀ 5
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam đang trong thời kỳ đổi mới, nền kinh tế tăng trưởng trên cơ sở áp
dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật. Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước ngày càng được đẩy mạnh. Tuy nhiên, song song với quá trình phát
triển kinh tế, Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những vấn đề môi trường đáng
lo ngại.
Ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi các hoạt động sinh hoạt, sản xuất ngày
càng gay gắt. Việc xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường nước ngày càng được
nhà nước và các cơ quan chức năng quan tâm thực hiện.
Hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến được sử dụng để xử lý
các chất ô nhiễm . Đặc biệt, hấp phụ sử dụng vật liệu sinh học đang ngày càng được
quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn vì khả năng hấp phụ tốt và chi phí thấp. Trong

các loại vật liệu sinh học đó vỏ trấu đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong
thời gian gần đây do tính ưu thế về nguồn nguyên liệu và tận dụng được chất thải từ
ngành sản xuất nông nghiệp.
Vỏ trấu là vật liệu thải từ quá trình sản xuất gạo. Theo báo cáo năm 2011 sản
lượng gạo mà Việt Nam sản xuất được là khoảng 6 triệu tấn gạo. Trung bình từ 100
kg gạo trắng, từ quá trình xay xát sẽ tạo ra khoảng 15 kg vỏ trấu. Như vậy hàng năm
ở nước ta với sản lượng trung bình 6 triệu tấn gạo sẽ tạo ra nguồn vỏ trấu là khoảng
1 triệu tấn vỏ trấu. Tại Philippin, Ấn độ, Thái Lan, Nhật Bản đã xây dựng nhà máy
nhiệt phân vỏ trấu để bón trực tiếp cho cây lúa, đặc biệt là Nhật Bản vỏ trấu nhiệt
phân đã được sử dụng từ những năm 1910. Nhiệt phân trấu không những cho sản
phẩm là nhiệt mà còn cho ta sản phẩm là than trấu – một loại sản phẩm có ứng dụng
trong nông nghiệp, môi trường và một số lĩnh vực khác.
Với các lợi thế của vật liệu nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than trấu
xử lý dầu mỡ, COD và chất màu trong nước thải” được thực hiện với mục đích
khảo sát khả năng hấp phụ của than trấu đối với các chất ô nhiễm như độ màu,
COD, dầu mỡ trong nước thải theo các yếu tố ảnh hương như pH, thời gian, lượng
chất hấp phụ, nồng độ chất ô nhiễm.
• Mục đích của đề tài
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
5
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của than trấu đối với các chất ô nhiễm trong
nước thải: độ màu, COD, dầu mỡ
• Đối tượng nghiên cứu
- Vật liệu than trấu là sản phẩm của quá trình nhiệt phân trong lò quay đa vùng
- Phẩm nhuộm nguyên chất loại trực tiếp Direct red 23 được mua tại công ty
Tân Hồng Phát, số 92 phố Cửa Bắc, Ba Đình, Hà Nội.
- Nước thải sinh hoạt hộ gia đình
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Bước đầu nghiên cứu thêm một ứng dụng mới của than trấu

- Tìm ra nguồn vật liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền và thân thiện với môi trường
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
6
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
1.1. Tổng quan về tình hình sản xuất lúa gạo của Việt Nam
1.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển ngành lúa gạo Việt Nam
Lúa gạo là một trong những loại cây lương thực chính của thế giới. Đặc biệt
với các nước châu Á đây là lương thực chính để tạo ra các sản phẩm thiết yếu phục
vụ đời sống. Với dân số 88,5 triệu người dân tính đến ngày 1/4/2012 thì vấn đề đảm
bảo an ninh lương thực của Việt Nam phụ thuộc rất nhiều vào việc sản xuất lúa gạo
vì thế ngành lúa gạo có vai trò rất lớn trong việc cung cấp sản phẩm cho toàn xã
hội, xóa đói giảm nghèo. Là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới vì thế
lúa gạo còn có vai trò to lớn trong việc thu ngoại tệ về cho đất nước.
Từ năm 1990 đến nay, sản lượng lúa gạo Việt Nam liên tục tăng trưởng nhờ
biện pháp kỹ thuật canh tác tốt, tăng năng suất và một phần nhờ mở rộng diện tích
canh tác hàng năm. Sản lượng lúa ở nước ta chỉ dừng lại ở 19,23 triệu tấn (năm
1990) nhưng đến năm 2000 đã đạt được 32,51 triệu tấn. Năng suất và diện tích canh
tác tăng không ngừng đã giúp Việt Nam tăng năng suất và sản lượng hàng năm,
năm 2011 sản lượng đạt 42,31 triệu tấn và 43,7 triệu tấn năm 2012 tăng 1,26 triệu
tấn so với năm 2011 (tăng 3%).
Liên quan tới quá trình năng suất lúa tăng, có thể chia ra 4 giai đoạn như sau:
Từ 1878 đến 1955: Năng suất lúa ghi được chỉ nằm trong khoảng 1,2 –
1,4tấn /ha; diện tích gieo trồng 4,2 – 4,6 triệu ha; sản lượng lúa đạt 5,5 đến 6,7 triệu
tấn.
Từ 1960 đến 1985: Năng suất lúa đạt 2,0 đến 2,8 tấn/ha. Diện tích gieo trồng
và sản lượng lúa tăng rõ rệt: 9,5 triệu ha và 15,9 triệu tấn.
Từ 1900 đến 1999: Năng suất lúa đạt từ 3,5tấn – 4,05 tấn/1 ha, tăng thêm 1
tấn nữa, nhưng mất có 15 năm. Diện tích gieo trồng tăng từ 6 triệu lên 7,7 triệu ha;
sản lượng lúa tăng từ 19,5 đến 31 triệu tấn.

Từ 2000 đến 2010: Năng suất lúa đạt từ 4 lên 5 tấn 1 ha. Cả diện tích canh
tác lúa lẫn gieo trồng đều giảm cho công nghiệp hóa và đô thị hóa. Tính đến năm
2013 tổng diện tích gieo cấy lúa cả năm ước đạt 7,9 triệu ha,tăng hơn 138 ngàn ha
so với năm 2012, năng suất ước đạt 55,8 tạ/ha, sản lượng lúa cả nước đạt 44,1 triệu
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
7
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
tấn tăng 338 ngàn tấn so với năm 2012.[2]
1.1.2 Tinh hình tiêu thụ lúa gạo của Việt Nam
Từ một nước thiếu lương thực của những thấp niên 80, 90 của thế kỷ trước
Việt Nam đã vươn lên trở thành nước có sản lượng gạo xuất khẩu khá ổn định từ
những năm 2005 -2008. Không chỉ sản xuất gạo cung cấp cho nhu cầu tiêu thụ
trong nước, xóa bỏ tình trạng đói nghèo vì thiếu lương thực Việt Nam còn là nước
xuất khẩu gạo lớn thứ 2 thế giới sau Thái Lan. Cụ thể, mùa vụ 2010/2011, Việt
Nam xuất khẩu 7,1 triệu tấn gạo trong tổng sản lượng 26,37 triệu tấn, so với 6,73
triệu tấn trong mùa vụ 2009/2010. Mùa vụ 2011/2012, Việt Nam vẫn duy trì mức
xuất khẩu gạo trên 7 triệu tấn và đã đạt 7,72 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu gạo đạt
3,45 tỷ USD. [8]
(Nguồn thông tin thương mại, tính toán của USDA (2011)).
Hình 1.1: Xuất khẩu gạo của Việt Nam từ mùa vụ 2005 đến mùa vụ 2011 [8]
(Đơn vị: nghìn tấn)
Mùa vụ 2011/12, nước ta xuất khẩu 7,72 triệu tấn gạo trong tổng sản lượng
27,15 triệu tấn, tiếp tục giữ vị trí thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo, sau Ấn Độ.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
8
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam trong mùa vụ 2011/2012 là các quốc gia
châu Á chiếm 77,7% tổng lượng gạo xuất khẩu của cả nước (tương đương 6 triệu
tấn). Indonesia, Philippines và Malaysia là ba thị trường nhập khẩu truyền thống
ngoài ra còn có các thị trường mới như Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan.

Cũng theo báo cáo, sản lượng lúa gạo Việt Nam năm 2013 ước tính 27,65
triệu tấn, tăng so với khoảng 27,15 triệu tấn của năm 2012. Tiêu thụ lúa gạo trong
nước tăng nhẹ, từ khoảng 19,65 triệu tấn năm 2012 lên 20,1 triệu tấn năm 2013.
Bảng 1.1. Xuât khẩu gạo của Việt Nam mùa vụ 2011/2012
(Đơn vị tấn)
5% 10% 15% 25% 100%
Glutinou
s
Jasmine
Các
loại
khác
Tổng
Châu Á 2.684.815 - 1.505.767
793.31
7
15.925 309.434
433.70
7
5.823 5.748.797
Châu Phi 82.1826 - 75.947 98.947
365.61
0
- 104.162 52.356 1.518.308
Châu Âu
và các
nước CIS
39.828 24.699 756 - - - 24.564 - 89.847
Châu Mỹ 32.014 - 213.090 2.901 55.883 - 25.445 - 329.333
Châu Úc 19.235 - - - - - 11.036 - 30.271

Tổng
3.597.71
8
24.699 1.795.560 894.625
437.41
8
309.434
598.91
4
58.188 7.716.556
Nguồn: thông tin thương mại/Tổng cục hải quan Việt Nam/ Hiệp hội lương thực
Việt Nam (2012)
Xuất khẩu gạo đóng vai trò quan trọng đối với phát triển nông nghiệp nông
thôn, tạo thêm việc làm, tăng thu nhập, xóa đói giảm nghèo ở nông thôn nói riêng
và cả nước nói chung. Xuất khẩu gạo góp phần hội nhập quốc tế ngày càng sâu rộng
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
9
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
hơn.
1.2. Tổng quan về chất thải rắn nông nghiệp
1.2.1. Hiện trạng phát sinh chất thải rắn nông nghiệp
Cùng với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế đất nước, kinh tế nông
thôn cũng đang trong giai đoạn chuyển mình để phát triển. Sự phát triển đó đã tạo
sức ép không nhỏ đối với môi trường. Do vậy, vấn đề chất thải rắn nông thôn đang
rất cần đến sự quan tâm đúng mức của các cấp quản lý trong việc chỉ đạo thu gom,
quy hoạch các trạm trung chuyển, công nghệ xử lý chất thải rắn của từng địa
phương đảm bảo vệ sinh an toàn cho môi trường và con người.
Mỗi năm khu vực nông thôn thải ra khoảng 6,35 triệu tấn rác sinh hoạt,
tương đương trung bình mỗi người tạo ra 0,3 kg/người/ngày.
Lượng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh ước tính trung bình năm được đưa

trong bảng 1.1. Vùng đồng bằng sông Hồng, bắc trung Bộ và duyên hải miền Trung
và đồng bằng sông Cửu Long có lượng rác phát sinh lớn nhất.
Bảng 1.2. Tổng lượng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh năm 2008, 2010[3]
Chất thải Đơn vị Khối lượng Năm
Bao bì thuốc bảo vệ thực
vật
Tấn/năm 11.000 2008
Bao bì phân bón Tấn/năm 240.000 2008
Rơm rạ Tấn/năm 76.000.000 2010
Chất thải rắn chăn nuôi Tấn/năm 80.450.000 2008
Phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ,trấu ): Với khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa,
lượng rơm rạ thải ra lên tới 76 triệu tấn/năm.
- Tại các vùng đồng bằng, lượng chất thải nông nghiệp từ trồng trọt lớn, thành
phần chất thải rất khác so với những vùng trung du miền núi.
- Tại ĐBSCL, sản xuất lúa thải ra khoảng 17,4 triệu tấn/năm rơm rạ phế thải,
0,70 triệu tấn trấu/năm.
Lượng chất thải nông nghiệp rơm rạ được ước tính theo hình 1.2:
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
10
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.2. Ước tính lượng rơm rạ ngoài đồng ruộng ở một số tỉnh vùng
Đồng bằng sông Hồng [3]
1.2.2. Xử lý chất thải rắn nông nghiệp:
Hiện nay chất thải rắn sinh hoạt nông thôn chủ yếu được xử lý bằng phương
pháp chôn lấp. Tuy nhiên chỉ có 12 tỉnh, thành phố đối với khu vực nông thôn có
bãi chôn lấp hợp vệ sinh hoặc đúng kỹ thuật, hầu hết là bãi rác hở và để phân
hủy tự nhiên. Chất thải rắn nông nghiệp, chăn nuôi tại các địa phương đều chưa
có công nghệ xử lý bao bì thuốc bảo vệ thực vật, thường đem đốt hoặc chôn lấp
ở xa khu dân cư. Các loại phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, trấu ) chủ yếu là đốt
rồi dùng tro bón ruộng gây lãng phí, gây ô nhiễm môi trường do khói bụi và các

nguy cơ cháy nổ.
Để quản lý tốt chất thải rắn ở nông thôn cần có quy trình điều hành thích hợp.
Hình 1.2 đưa ra quy trình xử lý tuần hoàn chất thải rắn ở nông thôn.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
11
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.3. Quy trình xử lý tuần hoàn chất thải rắn ở nông thôn [4]
Nhiều phương pháp được sử dụng để thu năng lượng từ sinh khối: đốt trực
tiếp, khí hóa, nhiệt phân.
 Chất thải rắn chăn nuôi: Chủ yếu được xử lý bằng ủ nóng và hầm biogas.
Sau đó, phân được bón cho cây trồng hoặc dùng làm thức ăn cho cá.
 Chất thải rắn làng nghề: Hầu hết chưa được xử lý triệt để, thành phần có
nhiều chất nguy hại cần phân loại để chất thải rắn thông thường được xử lý
cùng rác thải sinh hoạt, chất thải nguy hại được thuê xử lý.
Các công nghệ có thể áp dụng đối với chất thải sinh khối làm nhiên liệu:
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
12
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.4. Quy trình tổng hợp xử lý sinh khối
Mỗi năm Việt Nam thải ra khoảng 1 triệu tấn vỏ trấu, lượng vỏ trấu này chủ
yếu được đem đốt để lấy tro hoặc thải bỏ ra gây ô nhiễm môi trường, mất cảnh
quan.
1.3. Giới thiệu về vỏ trấu:
1.3.1. Cấu tạo của vỏ trấu:
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy là mày hoa tạo thành. Cả hai phần này
được ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Phần này của
hai mảnh của vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc
thành một cái râu.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
13

Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Bảng 1.3 : Thành phần hóa học của vỏ trấu gồm:
STT Thành phần Phần trăm
1 Xenlulo 26 – 35 %
2
Hemi
xenlulo
18 – 22%
3 Lignin 25 – 30%,
4 SiO
2
20%

Hình I.5: Hàm lượng vỏ trấu trong hạt lúa
1.3.2. Các đặc tính đặc trưng của vỏ trấu:
Tùy theo từng loại trấu mà trấu có chiều dài từ 5mm – 10mm, chiều ngang
bằng từ 1/2 - 1/3 chiều dài. Góc nghi của trấu từ 35
0
– 50
0
tùy theo ẩm độ và điều
kiện nhiệt độ môi trường.
Đặc điểm chung về hóa lý tính của vỏ trấu:
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
14
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình I.6: Một số hình ảnh về vỏ trấu
Vỏ trấu không cháy dễ dàng với ngọn lửa trần trừ khi có không khí thổi qua.
Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên nó là vật liệu cách nhiệt tốt.Tro trấu
chứa nhiều SiO

2
gây nên hiện tượng ăn mòn các loại lò sử dụng vỏ trấu làm chất
đốt. Bảng thành Dưới đây là bảng thành phần hóa học của tro trấu (RHA):
Bảng I.4: Thành phần hóa học của tro trấu
STT Thành phần hóa học Phần trăm (%)
1 SO
2
86 – 97,3
2 K
2
O 0,58 – 2,5
3 Na
2
O 0,0 – 1,75
4 CO 0,2 – 1,5
5 MO 0,12 – 1,96
6 Fe
2
O
3
0,54
7 P
2
O
5
0,2 – 2,85
8 SO
3
0,1 – 1,13
9 Cl 0,42

Vỏ trấu khó xử lý vì cồng kềnh và bụi bặm. Vỏ trấu có góc nghi khoảng 40
0
-
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
15
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
45
0
điều đó ảnh hưởng đến khả năng cháy của nó. Ví dụ như trong mảng thức ăn
chăn nuôi là rất khó khăn. Khối lượng riêng của vỏ trấu thấp khoảng 70kg/m
3
–
100kg/m
3
, do đó đòi hỏi không gian lớn để lưu trữ và vận chuyển và điều này là
không kinh tế.
Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng 17% – 26% cao hơn rất
nhiều so với gỗ (0,2% – 2%) và than đá (12,2%), dẫn đến có một khối lượng lớn tro
trấu cần phải được xử lý.
1.3.3. Tính chất hóa học của vỏ trấu:
1.3.3.1. Thành phần hóa học của vỏ trấu:
- Thành phần các nguyên tố hóa học:
Bảng I.5: Thành phần các nguyên tố hóa học của vỏ trấu
Nguyên tố hóa học Vỏ trấu (%)
C 38,7
H 5
O 36
N 0,5
S 0,1
- Thành phần hóa học của vỏ trấu : Với mõi giống lúa khác nhau thì thành

phần hóa học của vỏ trấu cũng khác nhau. Dưới đây là thành phần hóa học
của vỏ trấu đối với một số giống lúa mẫu
Bảng 1.6 : Thành phần hóa học vỏ trấu của một số giống lúa
Vỏ trấu Xenlulo Hemi-Xenlulo Lignin
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
16
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Lemont 29,2 20,1 30,7
ROK 14 33,47 21,03 26,7
CP 14 25,89 18,1 31,41
Pa Potho 35,5 21,35 24,95
Trung bình 31,02 20,15 28,44
(Lemnot, ROK14, CP 14, Pa Potho: là 4 giống lúa mẫu)
1.3.4. Một số ứng dụng của vỏ trấu
Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng là 2 vùng trồng lúa lớn
nhất cả nước, lượng vỏ trấu hàng năm tạo ra nhiều. Vỏ trấu có một số ứng dụng
như:
- Sử dụng làm chất đốt: từ lâu vỏ trấu đã là chất đốt quen thuộc với bà con
nông dân. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt(nấu
ăn) và sản xuất(làm gạch, sấy lúa).
- Dùng vỏ trấu để lọc nước: thiết bị lọc nước từ vỏ trấu có khả năng lọc thẳng
nước ao, hồ thành nước uống sạch. Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp
trắng, hình trụ nằm trong chiếc bình lọc. Điều đặc biệt là loại sứ này được
tạo ra bằng cách tách ôxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu
nhỏ, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10 đến 20 năm).
- Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu:
- Sử dụng làm sản phẩm mỹ nghệ
- Ứng dụng vỏ trấu để sản xuất gas sinh học
- Làm nguyên liệu xây dựng sạch: Trong trấu có chứa hàm lượng SiO2 rất
nhiều, mà đây lại là thành phần chính trong xi măng. Các nhà khoa học Mỹ

mới đây đã phát hiện một phương pháp gia công vỏ trấu mới, có thể sử dụng
tro trấu làm thành phần trong xi măng, thúc đẩy sự phát triển nguyên liệu xây
dựng sạch.
- Một số ứng dụng khác: dùng làm thiết bị cách nhiệt, phân bón, làm chất độn,
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
17
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
làm giá thể trong sản xuất meo giống trồng nấm, đánh bóng các vật thể bằng
kim loại. ngoài ra vỏ trấu cũng đang dần được các nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu làm chất hấp phụ xử lý ô nhiễm môi trường như: Nghiên cứu sử
dụng vỏ trấu biến tính trong quá trình xử lý nước thải nhiễm dầu.
Tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm, trong đề tài này vỏ trấu được
tận dụng làm nguyên liệu cho quá trình nhiệt phân tạo than trấu ứng dụng trong xử
lý môi trường.
I.4. Tổng quan về công nghệ nhiệt phân
1.4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt phân
Quá trình nhiệt phân để thu hồi sản phẩm than được tiến hành ở nhiệt độ thấp
và kéo dài hàng giờ. Vật liệu không được tiếp xúc với không khí để tránh quá trình
cháy xảy ra. Thông thường thì than và chất vô cơ sẽ lưu lại trong pha rắn còn các
hợp chất hữu cơ bay hơi và nước sẽ được ngưng tụ trong pha hơi. Pha khí thải thu
được từ quá trình nhiệt phân thường được ngưng tụ thành pha lỏng để làm nhiên
liệu sinh học và pha khí không ngưng tận dụng cho buồng đốt tại nhiệt độ 500
0
C –
600
0
C. Pha cacbon đưa ra ngoài ở nhiệt độ trung bình, cuối quá trình làm mát gián
tiếp và ở trạng thái khô.
Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn được mô tả tông quát như sau:
Chất thải → các chất bay hơi (khí gas) + cặn rắn

Trong đó: Khí gas gồm: CxHx, H
2
, COx, NOx, SOx và hơi nước
Cặn rắn: cacbon cố định và tro
Khi nhiệt lượng Q từ thiết bị truyền đến các lớp vật liệu làm cho nội năng của
pha khí và các hạt vật liệu rắn tăng lên. Trong quá trình tăng nội năng các phân tử
nước trong cấu trúc của vật liệu bắt đầu đi từ trong ra ngoài bề mặt làm xảy ra quá
trình thoát hơi ẩm tự do và hơi ẩm liên kết ra khỏi bề mặt hạt vật liệu rắn. Đồng thời
với các quá trình thoát hơi ẩm các nguyên tử C, H, O,… tại các nút mạng tinh thể
trong cấu tạo của vật liệu sẽ trở nên linh động hơn, làm cho các liên kết cacbon và
cacbon, cacbon và hydro, cacbon và oxy hoặc các gốc tự do khác nếu có trở nên yếu
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
18
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
đi. Khi hạt chất rắn nhận một năng lượng đủ lớn, các liê kết trong phần tử hạt rắn sẽ
bị đứt gãy dẫn đến kết quả tạo thành các chất hữu cơ mà chủ yếu là các
hydrocacbon và aldehyt. Lượng và thành phần chất hữu cơ tạo thành phụ thuộc vào
nhiệt độ và thành phần cấu tạo bên trong của hạt vật liệu rắn. Các chất hữu cơ tạo
thành sẽ thoát ra khỏi hạt vật liệu rắn đi vào trong pha khí. Nghiên cứu của Goh và
cộng sự (1998) đã chỉ ra các chất hữu cơ bay hơi được giải phóng ở nhiệt độ khoảng
2600C hoặc theo nghiên cứu của Ryn và cộng sự (2001) là 3000C.
Khi các liên kết ban đầu của vật liệu bị đứt gãy, kích thước hạt vật liệu rắn
S3,is sẽ giảm dần đồng thời các liên kết mới cũng được tạo thành, tạo ra sản phẩm
mới ở thể rắn là bitum và than. Tốc độ tạo thành than và bitum cũng phụ thuộc vào
nhiệt độ và thành phần cấu tạo của vật liệu rắn.
Lúc này, ôxy tự do từ trong pha khí bao quanh bên ngoài hạt rắn khuếch tán
đến bề mặt của hạt vật liệu rắn, sẽ tiếp xúc với các nguyên tử cacbon của phần tử
than, bitum và tạo ra phản ứng cháy (phản ứng ôxy hoá khử), sinh ra năng lượng.
Tốc độ cháy của than được kiểm soát bởi sự khuếch tán của lớp phim khí hỗn hợp
và tốc độ phản ứng.

Tương ứng với các quá trình xảy ra trong pha rắn, pha khí bao quanh một hạt
vật liệu rắn cũng xảy ra các quá trình tương ứng. Khi hạt vật liệu rắn giải phóng hơi
ẩm, phần tử hơi nước khuếch tán từ trong hạt vật liệu ra bên ngoài pha khí bao
quanh làm cho mật độ của phần tử hơi nước tăng lên tại một thời điểm tức thời.
Phần tử hơi ẩm ngay lập tức bị lôi cuốn bởi pha khí đi từ dưới lên làm giảm
mật độ hơi ẩm trong vùng thể tích hữu hạn bao quanh hạt rắn. Khi các chất hữu cơ
trong pha rắn được tạo thành và khuyếch tán ra khỏi lớp bề mặt của hạt vật liệu rắn,
các phần tử chất hữu cơ sẽ tiếp xúc với ôxy và bắt cháy, sinh năng lượng.
Sản phẩm cháy và các chất hữu cơ bay hơi chưa cháy, ôxy và các phần tử khí
khác sẽ chuyển động sang những thể tích hữu hạn khác ở bên cạnh và bên trên.
Năng lượng sinh ra từ các phản ứng cháy sẽ trao đổi nhiệt trực tiếp với pha khí và
truyền nhiệt ngược đến pha rắn bằng bức xạ.
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong công nghệ đốt nhiệt
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
19
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
phân chất thải
- Nhiệt độ: ở buồng sơ cấp nhiệt độ phải phù hợp với loại chất thải đem đốt để
đạt được chế độ nhiệt phân tối ưu, ở buồng thứ cấp nhiệt độ đủ cao để phản ứng
cháy xảy ra nhanh và hoàn toàn.
- Sự xáo trộn: ở buồng sơ cấp ít xáo trộn để giảm phát sinh bụi; ở buồng thứ
cấp cần sự xáo trộn tốt để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất cháy và chất ô xy hoá.
- Thời gian: thời gian lưu cháy ở buồng thứ cấp phải đủ lâu để phản ứng cháy
xảy ra hoàn toàn.
- Thành phần và tính chất của chất thải: Thành phần cơ bản của chất thải: C
+ H + O + N + S + A + W = 100%.
+ C, H là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị của chất thải. Lưu
huỳnh cũng là thành phần cháy nhưng toả nhiệt ít và nó được coi là thành phần có
hại vì tạo ra khí SOx.
+ Oxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của chất thải

+ Độ tro (A) và độ ẩm (W) là những yếu tố tiêu cực, chúng làm giảm thành
phần chất cháy. Ngoài ra các muối vô cơ, muối alkalin cũng làm khó khăn cho quá
trình đốt.
- Nhiệt trị: Nhiệt trị có liên quan tới quá trình sinh nhiệt trong khi cháy. Một
chất thải có nhiệt trị không đáng kể thì đốt không phải là giải pháp xử lý thiết thực.
Nói chung một chất thải có nhiệt trị thấp hơn 1000 Btu/lg (556 kcal/kg) thì không
có khả năng đốt.
- Ảnh hưởng của hệ số dư không khí: Hệ số cấp khí (α) là tỷ số giữa lượng
không khí thực tế và lượng không khí lý thuyết. Giá trị α có liên quan tới sự tăng
hay giảm nhiệt độ của lò đốt.
1.5. Giới thiệu một số công nghệ nhiệt phân trong xử lý chất thải
1.5.1 Lò đốt kiểu hố đốt hở
Lò đốt kiểu hố đốt hở được sử dụng để thiêu hủy những chất thải dể xảy ra
cháy nổ. Đó là những chất dễ tao nên một vụ nổ hoặc giải phóng một lượng nhiệt
lớn đối với chất thải có nhiệt trị tới 2780 Kcal/kg.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
20
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.7. Lò đốt kiểu hố đốt hở
Ưu điểm:
− Nhiệt độ trong buồng lò đốt đạt tới 2000
0
F (1100
0
C).
− Tự kiểm soát sự cháy bằng cách kiểm soát không khí trên ngọn lửa.
Nhược điểm:
− Chỉ tiêu hủy được chất thải dễ xảy cháy nổ
− Phát thải nhiều bụi và không có cơ chế kiểm soát, xử lý khí thải
1.5.2 Lò đốt một cấp (Single – chamber incinerator)

Kiểu lò này được ứng dụng trước những năm 1955. Cấu tạo của lò đốt một
cấp tương đối đơn giản, chủ yếu gồm buồng đốt để đốt hỗn hợp giữa rác thải và vật
liệu cháy. Buồng đốt được chia làm 2 ngăn: ngăn trên chứa rác cần thiêu huỷ, ngăn
dưới để đốt vật liệu cháy nhằm cung cấp và duy trì nhiệt độ đốt, vách giữa 2 ngăn là
ghi lò (không có béc đốt hoặc có bộ phận đốt hỗ trợ với béc đốt). Vật liệu xây lò
thường là gạch đất nung nên tuổi thọ không cao.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
2,4 - 4,8m
30
o
2,4
m
Vòi phun
khí
Tường bảo vệ
Cổng thoát
khí làm
nguội
Cung cấp khí
làm nguội
Khoảng trống
không khí
GHI CHÚ:
Công suất danh nghĩa:
6.197*10
3
kcal/h trên 1
m chiều dài lò
Ống phun
khí

Quạt
Động cơ quạt
Bệ nạp liệu
Hình 2. Lò đốt kiểu hố đốt
hở
21
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.8: Lò đốt một cấp
Ưu điểm:
− Thiết kế và xây dựng lò khá đơn giản
− Chi phí xây dựng lò thấp
− Không tốn diện tích xây dựng
Nhược điểm:
− Năng suất thấp, phụ thuộc nhiều vào thời tiết
− Cần nhiều nhân công cho một ca làm việc, điều kiện làm việc của công nhân
rất nặng nhọc, độc hại, dễ bị các bệnh nghề nghiệp.
− Lò không vận hành liên tục, thời gian nghỉ giữa 2 mẻ đốt lớn. Hiệu quả quá
trình đốt của lò thấp.
1.5.3 Lò đốt nhiều cấp (Multiple – Hearth Furnace)
Là loại lò đốt chất thải dạng bùn đặc (Waste – Sludge Incineration) từ các
nhà máy xử lý nước thải, được phát triển sớm từ những năm 1930. Có thể đốt triệt
để chất thải và khí thải ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn quy định.
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
22
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
Hình 1.8: Lò đốt nhiều cấp.
Kiểu lò này được nghiên cứu và phát triển để đốt các chất thải dạng bùn.
Loại chất thải này không thể đem đốt trong các loại lò đốt thông thường do độ ẩm
cao, nhiệt trở lớn.
Lò có dạng hình trụ đứng, bên trong có nhiều tầng, mỗi tầng có cánh khuấy

để khuấy trộn bùn và gạt bùn. Bùn thải cho vào từ phía trên vào tầng thứ nhất được
cánh khuấy gạt xuống tầng thứ hai và cứ như thế cho đến tầng cuối cùng. Trong quá
trình đi xuống, bùn được đi qua các vùng sấy, vùng đốt, vùng làm nguội và tháo tro.
Vùng đốt có béc đốt bổ trợ. Không khí làm mát được thổi vào ống trung tâm của lò
đốt, một phần khí nóng được hồi lưu để cung cấp cho quá trình cháy nhằm tận dụng
nhiệt.
Hệ thống cấp khí được thiết kế ở phía dưới của hệ thống. Nhiệt độ tối thiểu
của lò là 1400
0
F và thời gian lưu ít nhất là 0.5s để có thể phân huỷ phần lớn các hợp
chất hữu cơ.
Ưu điểm:
− Đốt được bùn thải, chất thải lỏng nguy hại
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
23
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
− Nhiệt độ cao cho phép đốt triệt để
Nhược điểm:
− Cần cung cấp khí, nguyên liệu phụ để quá trình cháy triệt để hơn, tránh ngọn
lửa tác động lên gạch chịu lửa
− Chi phí bảo trì cao
1.5.4 Lò đốt thùng quay (Rotary – Kiln Incineration)
Cấu tạo lò đốt thùng quay được thể hiện trong hình 3.4
Hình 1.10: Lò đốt thùng quay.
Đây là loại lò đốt được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay,
lò đốt có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn rác tốt, đạt hiệu quả cao. Lò đốt
thùng quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải nguy hại dạng rắn, cặn, bùn và
cũng có thể ở dạng lỏng. Ở Mỹ lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải
nguy hại, lò đốt tầng sôi chiếm 10%, còn lại 15% các loại lò khác. Cấu tạo của lò
đốt bao gồm:

a.) Buồng sơ cấp
Là một tang quay với tốc độ điều chỉnh được, có nhiệm vụ đảo trộn chất thải
rắn trong quá trình cháy. Lò đốt được đặt hơi dốc với độ nghiêng từ (1 – 5)/100,
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
24
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Vũ Công Thắng
nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi lò đốt.
Phần đầu của lò đốt có lắp một béc phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp cho quá
trình đốt nhiên liệu nhằm đốt nóng cho hệ thống lò đốt. Khi nhiệt độ lò đạt trên
800
0
C thì chất thải rắn mới được đưa vào để đốt. Giai đoạn để đốt sơ cấp, nhiệt độ
lò quay khống chế từ 800 – 900
0
C, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ được
nhiệt độ này thì bộ điều chỉnh bec-phun dầu/gas tự động ngắt. Khi nhiệt độ hạ thấp
hơn 800
0
C thì bộ đốt tự động làm việc trở lại.
b.) Buồng đốt thứ cấp
Đây là buồng đốt tĩnh, nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết bay
lên từ lò sơ cấp. Nhiệt độ ở đây thường từ 950 – 1100
0
C. Thời gian lưu của khí thải
qua buồng thứ cấp từ 1,5 – 2s. Hàm lượng ôxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là
6%. Có các tấm hướng để khí thải vừa được thổi qua vùng lửa cháy của bộ phận đốt
phun dầu vừa xáo trộn mãnh liệt để cháy triệt để. Khí thải sau đó được làm nguội
rồi qua hệ thống xử lý khí trước khi qua ống khói thải ra môi trường.
Ưu điểm:
− Áp dụng được cho tất cả chất thải rắn và lỏng

− Có thể nạp chất thải ở dạng thùng hoặc khối, có thể nạp trực tiếp mà không
cần xử lý sơ bộ
− Linh động trong cơ cấu nạp liệu
− Cung cấp khả năng xáo trộn chất thải và không khí cao
− Lấy tro liên tục mà không ảnh hưởng đến quá trình cháy
− Có thể vận hành ở nhiệt độ trên 1400
0
C
Nhược điểm:
− Gia công lò khó, chi phí đầu tư ban đầu cao, vận hành phức tạp
− Yêu cầu lượng khí dư lớn do thất thoát qua các khớp nối
− Tổn thất nhiệt đáng kể trong tro thải
− Chất thải vô cơ có thể kết xỉ gây khó khăn cho công tác bảo dưỡng, bảo trì
1.5.5 Lò đốt tầng sôi (tháp đốt tầng sôi / Fluid – Bed Furnace)
Lò đốt tầng sôi là một tháp hình trụ đứng, bên trong chứa một lớp cát dày 40
– 50cm nhằm: nhận nhiệt và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho rác ướt. Lò đốt
làm việc ở chế độ tĩnh. Lớp cát được gió thổi xáo động làm chất thải rắn bị tơi ra,
Lớp 12B KTMT Viện KH và CN Môi trường
25