xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU..............................................................................3
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ............4
2.1.Nguyên lý hoạt động chung..............................................................................................4
2.1.1.Nhiệt độ ....................................................................................................................4
2.1.2.Độ xáo trộn:...............................................................................................................4
2.1.3.Thời gian: .................................................................................................................4
2.2. Phân loại các phương pháp nhiệt.....................................................................................4
2.2.1.Nhiệt phân:................................................................................................................4
2.2.2.Thiêu đốt..................................................................................................................10
2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt...........................................................................................12
2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt.......................................................................12
2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu...................................................................13
2.4.Lượng không khí dư.......................................................................................................13
2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt....................................................................15
2.5.1.Ưu điểm...................................................................................................................15
2.5.2.Nhược điểm:............................................................................................................15
2.6.Hiệu quả quá trình đốt....................................................................................................16
2.6.1.Hiệu quả phân hủy(DRE: destruction and removal efficiency)...............................16
2.6.2.Hiệu quả đốt (CE Combution Efficiency)...............................................................16
..............................................................................................................................................17
2.7.Ứng dụng........................................................................................................................17
2.8.Hiện trạng áp dụng phương pháp đốt ở Viêt Nam.........................................................23
Trong cuộc khảo sát của nhóm nghiên cứu tại Viện KTNĐ và BVMT phối hợp với Sở
KHCN và MT TP Hồ Chí Minh tháng 1/2002 tại 7 lò đốt rác thải ý tế tai khu vực phía
Nam, trong đó có 5 lò đốt được chế tạo trong nước và 2 lò đốt nhập kảu từ nước ngoài.
Danh mục các loại lò như sau:..............................................................................................23
1
CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP
NHIỆT.......................................................................................................24
3.1.Lò đốt chất lỏng..............................................................................................................24

3.1.1.Nguyên lý hoạt động...............................................................................................24
3.1.2.Ưu và nhược điểm...................................................................................................25
3.2.Lò đốt chất rắn................................................................................................................26
3.2.1.Phân loại:.................................................................................................................26
3.2.2.Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại.................................................28
3.3.Giới thiệu một số dạng lò đốt.........................................................................................28
3.3.1.Lò đốt thùng quay....................................................................................................28
Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ứng dụng bởi quá trình xáo trộn tốt, đạt hiệu quả cao
được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay.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 (lò cố định đốt nhiều cấp). Lò đốt thùng quay cũng có cấu tạo gồm hai buồng đốt:
sơ cấp và thứ cấp..............................................................................................................29
3.3.2.Lò đốt gi/vỉ cố định.................................................................................................31
3.3.3.Lò đốt tầng sôi.........................................................................................................31
3.3.4.Lò xi măng...............................................................................................................34
3.3.5.Lò hơi......................................................................................................................34
3.4.Giới thiệu một số phương pháp xử lý nhiệt....................................................................34
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................38
4.1.Kết luận..........................................................................................................................38
4.2.Kiến nghị........................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................39
2
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
Trong quá trình phát triển, các hoạt động sản xuất kinh tế đã sản sinh ra một lượng lớn
chất thải, đặc biệt là các loại chất thải nguy hại. Có rất nhiều định nghĩa vế chất thải nguy hại
và các định nghĩa này đều nhắc đến đặc điểm chung của chất thải nguy hại là cháy nổ, ăn
mòn, hoạt tính, độc tính.
Tại Việt Nam, do tính đa dạng và sự phát triển nhanh chóng của các loại hình công
nghiệp mà lượng chất thải nguy hại có các đặc tính như trên ngày càng nhiều. Lượng phát thải
các chất này càng nhiều đe doa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy,

các loại chất thải này cần thiết phải được xử lý triệt để. Do không thể xử lý chất thải nguy hại
theo các phương pháp xử lý chất thải thông thường nên người ta đã nghiên cứu và và đưa vào
ứng dụng một loạt các phương pháp chuyên dùng để xử lý chất thải nguy hại.
Một trong các phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế đó là xử lý chất thải
nguy hại bằng phương pháp nhiệt.
Đây là kĩ thuật xử lý chất thải nguy hại có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp
khác. Phương pháp này dùng để xử lý chất thải nguy hại không thể chôn lấp mà có khả năng
cháy, nó áp dụng cho tất cả các dạng chất thải: rắn, lỏng, khí.
3
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ
2.1.Nguyên lý hoạt động chung
Xử lý CTNH bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển chất thải
sang dạng khí, lỏng và tro… đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
Để đạt được hiệu quả cao, quá trình phải tuân theo nguyên tắc 3T: nhiệt độ
(temperature); độ xáo trộn (turbulence); thời gian cháy (time).
2.1.1.Nhiệt độ
Nhiệt độ cần phải đảm bảo để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, không tạo Dioxin,
đạt hiệu quả xử lý tối đa (> 1100
0
C ).
• Nếu nhiệt độ quá cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn sẽ ảnh hưởng đến thời gian lưu khí
trong buồng thứ cấp. Điều này sẽ làm giảm sự tiếp xúc giữa không khí và khí gas, khói
thải ra có màu đen, nồng độ các chất ô nhiễm như CO, THC trong khí thải cao.
• Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẻ xảy ra không hoàn toàn và khí thải ra cũng có
màu đen.
Vì vậy nếu nhiệt độ quá cao cũng như quá thấp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cháy.
2.1.2.Độ xáo trộn:
Để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa CTNH cần đốt và chất oxy hóa, có thể đặt các tấm chắn
trong buồng đốt hoặc tại góc nghiêng thích hợp giũa dòng khí với bec phun để tăng khả năng
xáo trộn.

2.1.3.Thời gian:
Thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đối với lò đốt nhiệt phân,
đảm bảo thời gian lưu cháy thích hợp sẽ kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng đốt sơ
cấp để cấp khí gas lên buồng đốt thứ cấp, quyết định hiệu quả xử lý của lò đốt. Thời gian lưu
cần thiết để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất khác nhau phụ thuộc vào bản chất của
chất bị đốt nhiệt độ đốt.
=> Các yếu tố trên liên hệ khăng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộn tốt thì
thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao.
2.2. Phân loại các phương pháp nhiệt
2.2.1.Nhiệt phân:
2.2.1.1.Phản ứng nhiệt phân xảy ra như sau:
Chất thải chất bay hơi (khí gas) + cặn rác
Khí gas bao gồm: C
x
H
y
, H
2
, CO
x
, NO
x
, SO
x
, hơi nước
Cặn rắn gồm: Cacbon cố định, tro
4
2.2.1.2.Nhiệm vụ của các buồng đốt trong lò nhiệt phân:
a) Buồng đốt sơ cấp:
Trong lò nhiệt phân, buồng đốt sơ cấp có nhiệm vụ nhiệt phân chất thải rắn tạo khí gas.

Khí này sẽ cấp cho buồng thứ cấp nhờ sự chênh lệch áp suất giữa buồng sơ cấp và buồng thứ
cấp
Quá trình đốt nhiệt phân tại buồng đốt sơ cấp diễn ra theo các giai đoạn:
Rác thoát hơi nước nhiệt phân đốt cặn Cacbon tro
b) Buồng đốt thứ cấp:
Buồng thứ cấp có nhiệm vụ nhận và đốt khí gas
Đốt thứ cấp bao gồm hai buồng: trộn và đốt cuối cùng.
Luồng khí ở dưới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ phần trăm carbon cao.
Lượng carbon chứa trong hạt sẽ được đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn.
Khí thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng.
Vận tốc thấp trong buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành
phần.
2.2.1.3.Nguyên lý cơ bản và các bộ phận cơ bản của lò
Các lò nhiệt phân có bộ phận kiểm soát không khí theo từng điều kiện cụ thể, hoạt động trong
chế độ: thiếu khí(buồng đốt sơ cấp), và dư không khí(buồng thứ cấp)
5
Hình 1. Sơ đồ lò nhiệt phân tĩnh đốt chất thải
6
2.2.1.4.Yêu cầu vận hành lò đốt
Hình 2.Sơ đồ quy trình vận hành lò đốt
2.2.1.5.Yếu tố nhiệt độ trong quá trình đốt nhiệt phân
Từ thực ngiệm nhận thấy rằng, chất thải có thành phần caosu và nhựa cao thì nhiệt phân mạnh
dưới 500
0
C
Chất thải của ngành dày da và rác dầu khí có thành phần chất hữu khó phân hủy nên nhiệt độ
nhiệt phân của các chất thải này cao hơn: 600 – 650
0
C
=>Nguyên tắc chọn nhiệt độ nhiệt phân = T + 100

0
C. Như vậy nhiệt độ nhiệt phân tối thiểu
của một chất là 350
0
C
Trong đó: T là nhiệt độ phân hủy của một chất
7
Hình 3.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của PE
Hình 4.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Cao su
8
Hình 5.Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của Pet
2.2.1.6.Yếu tố độ ẩm đến quá trình nhiệt phân
Chất thải được đem đốt nên có độ ẩm W ≤ 30%
 Độ ẩm < 20% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh
+ 50
0
C
 Độ ẩm từ 20 – 30% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân
mạnh + 75
0
C
 Độ ẩm từ 35 – 50% thì nhiệt độ buồng đốt đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân
mạnh + 100
0
C
=>Khi độ ẩm cao thì thời gian nhiệt phân thường kéo dài, năng suất đốt sẽ giảm
9
0
100
200

300
400
500
600
700
800
900
0 50 100 150 200 250
Thụứi gian, phuựt
Nhieọt ủoọ,
0
C
0
2
4
6
8
10
12
14
C
H
4
,
C
O
,

%
Nhieọt ủoọ

CH4
CO
Hỡnh 6. S hỡnh thnh CH4 v CO trong quỏ trỡnh nhit phõn
2.2.2.Thiờu t
2.2.2.1.Nguyờn lý chung ca quỏ trỡnh t
t l quỏ trỡnh oxy húa nhit cao bng oxy khụng khớ. Bng cỏch t CTNH, ta cú
th gim th tớch ca nú n 80 90 %. Nhit phi cao hn 850
o
C. Sn phm cui cựng l
tro, CO
2
, nc
Quỏ trỡnh t thc cht l quỏ trỡnh oxy húa kh trong ú xy ra phn ng gia cht t
(cht thi dng hu c) vi oxy trong khụng khớ (thnh phn ca khụng khớ ch yu l: 79%
nit v 21% oxy theo th tớch) nhit cao
Phn ng xy ra nh sau:
Cht thi + (O
2
+ N
2
) --------> Sn phm chỏy + Q (nhit)
Sn phm chỏy: Bi, SO
x
, NO
x
, CO, CO
2
, THC, HCl, HF, ioxins/Furans
2.2.2.2.Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh chỏy
Quỏ trỡnh chỏy v cỏc cht ụ nhim to thnh (sn phm chỏy) liờn quan cht ch ti

thnh phn, bn cht ca cht thi c t, nhiờn liu s dng, iu kin t nh: h s d
khụng khớ (oxy), nhit t, tip xỳc v thi gian tip xỳc gia nhiờn liu (hoc khớ gas)
vi oxy...
Quỏ trỡnh chỏy ca cht thi rn bao gm 4 giai an c bn sau:
10
+ Quá trình sấy khô (bốc hơi nước).
+ Quá trình phân hủy nhiệt chất thải (hình thành khí gas).
+ Quá trình phải trộn khí gas hoặc chất đốt với gió (không khí) và sự mồi lửa.
+ Quá trình cháy ở dạng khí.
Các nguyên tắc cơ bản của quá trình đốt cháy là áp dụng nguyên tắc 3T
+ Temperature (nhiệt độ) : nhiệt độ của không khí trước khi đưa vào lò và nhiệt độ của
buồng đốt đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh, cháy hoàn toàn. Nhiệt độ không đủ cao phản ứng
sẽ không xảy ra hoàn toàn và sản phẩm khí thải sẽ có khói đen và các chất ô nhiễm khí như
CO, Hydrocacbon (THC) cao. Điều này liên quan tới hoặc là do kích thước buồng đốt quá
nhỏ hoặc lượng không khí cấp vào quá dư làm nguội buồng đốt.
+ Turbulence (xáo trộn): để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất cháy và chất oxy hoá, có
thể đặt các tấm ngăn trong buồng đốt hoặc tại các van đổi chiều dòng khí để tăng khả năng
xáo trộn.
+ Time (thời gian): thời gian tiếp xúc đủ để phản ứng oxy hoá xảy ra hoàn toàn bằng
cách đốt các vách ngăn nhằm tăng thời gian tiếp xúc hoặc kích thước buồng đốt đủ lớn.
Trong các lò đốt kiểu cũ, nhiệt độ thấp theo cách đốt cổ điển thì các điểm cháy hở, 4
giai đoạn của quá trình cháy xảy ra cùng một vị trí và cùng một lúc. Do sự phối trộn kém nên
cháy không hoàn toàn, hiệu quả cháy kém, có nhiều bụi cùng các chất ô nhiễm (CO, THC,
…) kéo theo trong khói thải. Để khắc phục nhược điểm trên hiện nay người ta tiến hành đốt
chất thải trong lò đốt nhiều cấp, đặc biệt việc ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân đã cải thiện
được vấn đề ô nhiễm môi trường đáng kể.
2.2.2.3.Thành phần hóa học của chất thải
Đối với chất thải được đem đốt chứa các thành phần hữu cơ cũng có thể được coi như
một dạng nhiên liệu.
Thực chất nhiên liệu là những vật chất mà khi đốt cháy thì phát sáng và tỏa ra một nhiệt

lượng nào đó. Cũng như nhiên liệu, chất thải được đốt có thể tồn tại ở các dạng: rắn, lỏng
hoặc khí.
Đối với thành phần nhiên liệu rắn và lỏng thường được biểu diễn dưới các dạng:
- Thành phần hữu cơ C
h
+ H
h
+ O
h
+ N
h
= 100%
- Thành phần cháy C
c
+ H
c
+ O
c
+ N
c
+ S
c
= 100%
11
- Thành phần khô C
k
+ H
k
+ O
k

+ N
k
+ S
k
+ A
k
= 100%
- Thành phần sử dụng C
d
+ H
d
+ O
d
+ N
d
+ S
d
+ A
d
+ W
d
= 100%
Thành phần cơ bản của nhiên liệu công nghiệp (chất thải) bao gồm:
C + H + O + N + S + A + W = 100%
Trong đó: C, H, O, N, S, A, W là hàm lượng phần trăm trọng lượng của các nguyên tố
cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh, tro, ẩm trong chất thải.
2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt
2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt
Chất thải hữu cơ cần có một nhiệt độ rất cao để cháy, nhưng nó cũng dùng một lượng
nhiên liệu bổ sung để mồi cho quá trình cháy.

Một số chất thải nguy hại, khi lượng nhiệt cung cấp cho chất thải cháy không đủ vì vậy
cần bổ sung một số loại nhiên liệu để gia tăng nhiệt độ cháy.
Bảng 1: Một số nhiên liệu cho quá trình đốt
Chất thải Lượng nhiệt
được đốt
(Btu/lb)
Độ rỗng
(lb/ft)
Khối lượng
(lb/ft
3
)
Độ tro (%) Độ ẩm (%)
Dầu hỏa
Benzen
Toluen
Hidro
Axid axetic
18900
18210
18440
61000
6280
50
55
52
0.0053
65.8
0.5
0.5

0.5
0
0.5
0
0
0
0
0
Methyl alcohol
Ethyl alcohol
Nhựa thông
Dầu mỏ
10250
13325
17000
15000
49.6
49.3
53.6
41.6
0
0
0
0
0
0
0
0
Giấy
Giấy nâu

Tạp chí
Giấy gợn sóng
7975
7250
5250
7040
7
7
35
7
1.5
1
22.5
5
6
6
5
5
12
Lớp bọc chất dẻo
Giấy cacton
7340
11330
7
5
2.6
1
5
3.5
Ruột lớp xe

Nhựa poliethylen
1700
20000
40
40-60 60
0.75
0
75
0
Giẻ rách
Dầu mở động vật
8000
17000
10 – 15
50 – 60
3 5
0
Vải dính dầu 11000 70 – 100 20-30 1
(Btu: đơn vị đo lường nhiệt của Anh)
2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu
Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu nhằm tận dụng
nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt. Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có thể chiếm 10 -25 %
tổng khối lượng nhiên liệu.
2.4.Lượng không khí dư
Khi chất thải cháy thì chúng cần một lượng không khí nhất định, khi sản phẩm còn lại
sau khi cháy không còn chứa oxi thì đây gọi là quá trình cháy hoàn toàn nhưng điều này
không thể xảy ra trong quá trình cháy. Lò đốt luôn phải duy trì một lượng không khí dư để đạt
được quá trình cháy. Để cháy được thì người ta phải cung cấp oxi qua 2 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: Khởi động cho quá trình đốt
 Giai đoạn 2: Cháy với một lượng không khí dư, lượng không khí dư này sử dụng trong

lò đốt để điều khiển nhiệt độ trong lò vì lượng không khí dư này dùng để hấp thụ lượng
nhiệt phát sinh khi có phản ứng phụ xảy ra trong suốt quá trình cháy
13
Hình 7. Biểu đồ lượng không khí dư
Hình 8. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và lượng không khí dư
14
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% khí dư
Nhiệt độ (
0
F)
Nhiên liệu % thể tích
CH

4
50,0
C
2
H
6
30,0
C
3
H
8
7,5
N
2
6,0
H
2
4,0
CO 1,0
CO
2
1,5
Giả sử rằng
tổn thất nhiệt là 2%
Hình 9. Ảnh hưởng của lượng không khí dư đối với nhiệt độ bường đốt
2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt
2.5.1.Ưu điểm
 Phương pháp xử lý bằng nhiệt rất thích hợp cho xử lý đất bị ô nhiễm bởi chất thải
nguy hại, có thể tách chất ô nhiễm ra khỏi đất đồng thời làm sạch triệt để chất ô nhiễm.
 Là một phương pháp an toàn cho môi trường nếu có hệ thống xử lý khí thải.

 Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 99%.
 Có khả năng giảm 90 – 95% trọng lượng chất thải trong thời gian ngắn
 Có khả năng xử lý tại chỗ không cần vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro khi vận
chuyển
 Cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ rất nhỏ (0,01% ).
 Thời gian xử lý nhanh.
 Diện tích công trình nhỏ.
2.5.2.Nhược điểm:
 Chi phí đầu tư ban đầu , chi phí vận hành và cũng như chi phí xây dựng hệ thống xử lý
khí thải tốn kém
 Không áp cho đất ô nhiễm kim loại nặng.
 Cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá hoại.
 Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp
15