Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải

Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
Trường Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Trung Tâm Máy – Thiết Bị
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải
Lớp Học Phần: 210409801
GVHD: Trần Hoài Đức
Nhóm VSTH: nhóm 9
Danh sách nhóm: MSSV
1, Nguyễn Văn Quân (NT) 08212681
2, Hồ Đắc Tính 08104211
3, Nguyễn Hữu Thế 08109331
4, Nguyễn Hữu Nghĩa 08106271
5, Trương Nguyễn Minh Khuê 08102721
6, Ngô Thị Thu Hương 08101901
TP Hồ Chí Minh Ngày 29/11/2010
Trang: 1
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
Mục Lục
1, Giới Thiệu Đề Tài……………………………………………………………3
2, Tài nguyên rác thải…………………………………………………………..4
2.1. Phát sinh chất thải rắn ở Việt Nam ………………………………………..5
2.2 Thực trạng quản lý và tái chế chất thải rắn ở Việt Nam ………………….6
3, Cơ sở quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thả…………………………….,7
3.1 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp sinh học………………………..,7
3.1.1 Quá trình yếm khí (kỵ khí)………………………………………….......,8
3.1.2 Ứng dụng……………………………………………………………….,11
3.2 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp vật lý…………………………19
3.2.1 Công nghệ đốt rác làm điện…………………………………………...,,18
3.2.2 Biến rác thải và thành điện năng ở Đan Mạch……………………...,,,,,19
3.2.3 Công nghệ đốt rác……………………………………………………...,21

3.2 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp hoá học……………………….25
4, Nhận xét và kết luận……………………………………………………….25
Trang: 2
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
1, Giới Thiệu Đề Tài
Trong thời đại công nghiệp vô cùng phát triển như hiện sản xuất ra một lượng
hàng hoá khổng lồ để đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng lên của con người.
Nền công nghiệp phát triển cũng đặt ra cho con người bài toán nan giải về
nguyên, năng lượng phục vụ cho quá trình sản xuất cùng với việc phải giải quyết
vấn đề ngày càng bị ôi nhiễm. Trong đó vấn đề năng lượng có tầm ảnh hưởng rất
lớn đến sự phát triển của quốc gia. Phần lớn nguồn năng lượng hiện nay đang sử
dụng từ thuỷ điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, sinh học một lượng nhỏ có nguồn
gốc từ năng lượng mặt trời, gió, thuỷ triều…Hiện nay nguồn năng lượng chủ
yếu là nguồn năng lượng hóa thạch gốc cacbon. Dầu mỏ, than và khí chiếm
79,6% sản lượng năng lượng chủ yếu trong năm 2002. Sử dụng nguồn năng
lượng này gây ôi nhiễm môi trường rất và không bền vững ( với mức độ sử dụng
nhiên liệu hoá thạch như hiện chỉ vài chục năm nữa sẽ cạn kiệt). Chính vì vậy
nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu tìm các nguồn năng lượng mới theo hướng
thân thiện với môi trường như nhiên liệu sinh học, tổng hợp hidro, nhiên liệu tái
chế từ phế thải. Trong đó nhiên liệu tái chế từ thải vừa giải quyết được vấn đề
năng lượng đồng thời xử lý được lượng rác thải rất lớn.
Đề tài: “Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải ” đã được nhóm sinh viên lớp
DHMT4A tìm hiểu qua rất nhiều sách và web để thực hiện đề tài nhưng không
tránh khỏi thiếu sót rất mong nhận được đóng góp ý kiến. mọi góp ý xin gửi về
địa chỉ:
Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Hoài Đức đã hướng dẩn
thực hiện đề tài này.
TP Hồ Chí Minh ngày 25/11/2010

Trang: 3
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
2. Tài nguyên rác thải
Rác thải đang trở thành một hiểm hoạ với môi trường vì rác đã có mật ở khắp
nơi . Theo thống kê của Hiệp hội quốc tế bảo vệ môi trường và công nghệ môi
trường bang Saxon (Đức), năm 2010 Việt Nam thải ra 18,8 triệu tấn chất thải
rắn đô thị, trong đó 32% là rác thải xây dựng.
Riêng TP.HCM mỗi ngày thải ra khoảng 7.000 tấn rác. Lượng rác thải đô thị
tăng 10% mỗi năm và đến năm 2020 Việt Nam mới thu gom được 90% chất thải
rắn đô thị.
Trung bình mỗi ngày người dân Hà Nội thải ra khoảng 2.700 tấn rác, trong đó
chỉ có 60 tấn rác vô cơ là không thể tái chế cần phải đem chôn lấp, hai loại rác
còn lại đều có thể tận dụng để chế biến làm phân bón, nông nghiệp hoặc tái chế
thành các sản phẩm có ích.
Trung bình một ngày có 230 tấn là lượng rác thải y tế thải ra mỗi ngày trên toàn
quốc.
Hình 1: Người công nhân thu gom rác thả
Trang: 4
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
Bảng: 1 Thống kê lượng rác thải sinh ra từ 1991-2002
(sở tài nguyên và môi trường 2002)
Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002
KHối lượng
rác (tấn)
970.209 980.662 1.063.573 1.180.989 1.368.000 1.537.979
Tấn/ Ngày 2.658 2.686 2.916 3.235 3.747 4.216
Bảng 2: Thành phần rác thải sinh hoạt (sở tài nguyên và môi trường 2002)
T hành phần chất thải % khối lượng

Rau thực phẩm chất hữu cơ dễ phân huỷ 64.7
Cây gỗ 6.6
Giấy, bao bì giấy 2.1
Plastic khó tái chế 9.1
Cao su, đày dép 6.3
Vải sợi, vật liệu sợi 4.2
Đất đá, bêtông 1.6
Thành phần khác 5.4
2.1. Phát sinh chất thải rắn ở Việt Nam
Theo Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004, năm 2004, trên cả
nước đã phát sinh 15 triệu tấn chất thải rắn (CTR) trong đó khoảng 250.000 tấn
chất thải nguy hại. CTR sinh hoạt (đô thị và nông thôn) chiếm khối lượng lớn
với số lượng khoảng 13 triệu tấn, CTR công nghiệp phát sinh vào khoảng 2,8
triệu tấn và CTR từ các làng nghề là 770.000 tấn. Do quá trình đô thị hoá diễn ra
mạnh mẽ, tỷ lệ phát sinh CTR sinh hoạt đang tăng nhanh trung bình đạt 0,7-1,0
kg/người/ngày và có xu hướng tăng đều 10-16% mỗi năm. Theo nghiên cứu của
Bộ Xây dựng năm 2009, tổng khối lượng CTR phát sinh cả nước năm 2008 vào
khoảng 28 triệu tấn, trong đó lớn nhất là CTR đô thị chiếm gần 50%, CTR nông
Trang: 5
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
thôn chiếm 30%, lượng còn lại là CTR công nghiệp, y tế và làng nghề. Dự báo
tổng lượng CTR cả nước có thể sẽ phát sinh khoảng 43 triệu tấn vào năm 2015,
67 triệu tấn vào năm 2020 và 91 triệu tấn vào năm 2025, tăng từ 1,6 đến 3,3 lần
so với hiện nay.
2.2 Thực trạng quản lý và tái chế chất thải rắn ở Việt
Nam
Quản lý chất thải rắn bao gồm các hoạt động: Phòng ngừa và giảm thiểu
phát sinh CTR; phân loại tại nguồn; thu gom, vận chuyển; tăng cường tái sử
dụng, tái chế; xử lý và tiêu huỷ.

Công tác quản lý chất thải rắn ở Việt Nam hiện nay còn chưa tiếp cận
được với phương thức quản lý tổng hợp trên quy mô lớn, chưa áp dụng đồng bộ
các giải pháp giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế (3R) để giảm tỷ lệ chất thải phải
chôn lấp.
Hoạt động giảm thiểu phát sinh CTR, một trong những giải pháp quan
trọng và hiệu quả nhất trong quản lý chất thải, còn chưa được chú trọng. Chưa
có các hoạt động giảm thiểu CTR sinh hoạt. Ở quy mô công nghiệp, số cơ sở áp
dụng sản xuất còn rất ít, khoảng 300/400.000 doanh nghiệp.
Hoạt động phân loại tại nguồn chưa được áp dụng rộng rãi, chỉ mới được
thí điểm trên qui mô nhỏ ở một số thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh.
Tỷ lệ thu gom chất thải ở các vùng đô thị trung bình đạt khoảng 80-82%, thấp
nhất là đô thị loại IV (65%), ở Hà Nội cao hơn (90%); ở các điểm dân cư nông
thôn ~ 40-55%. Khoảng 60% khu vực ở nông thôn chưa có dịch vụ thu gom chất
thải, chủ yêu dựa vào tư nhân hoặc cộng đồng địa ph¬ương.
Tỷ lệ thu gom, vận chuyển CTR tuy đã tăng dần song vẫn còn ở mức
thấp, chủ yếu phục vụ cho các khu vực đô thị, chưa vươn tới các khu vực nông
Trang: 6
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
thôn. Xã hội hóa công tác thu gom, vận chuyển CTR tuy đã được phát triển
nhưng chưa rộng và chưa sâu, chủ yếu được hình thành ở các đô thị lớn.
Năng lực trang thiết bị thu gom, vận chuyển còn thiếu và yếu, dẫn tới
tình trạng tại một số đô thị đã thực hiện phân loại CTR tại nguồn nhưng khi thu
gom, vận chuyển lại đem đổ chung làm giảm hiệu quả của việc phân loại.
Tái sử dụng và tái chế chất thải mới chỉ được thực hiện một cách phi
chính thức, ở qui mô tiểu thủ công nghiệp, phát triển một cách tự phát, không
đồng bộ, thiếu định hướng và chủ yếu là do khu vực tư nhân kiểm soát.
Công nghệ xử lý CTR chủ yếu vẫn là chôn lấp ở các bãi lộ thiên không
đạt tiêu chuẩn môi trường với 82/98 bãi chôn lấp trên toàn quốc không hợp vệ
sinh. Các lò đốt rác chủ yếu dành cho ngành y tế và chỉ đáp ứng được 50% tổng

lượng chất thải y tế nguy hại. Việc phục hồi môi trường đối với các cơ sở xử lý
CTR còn nhiều hạn chế. Tình trạng đổ chất thải không đúng nơi quy định còn
xảy ra, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ của cộng đồng.

Hình: 2 Các loại rác thải

3. Cơ sở quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thải
3.1 Tổng hợp năng lượng bằng phương pháp sinh học
Quá trình tổng hợp năng lượng từ rác thải theo phương pháp sinh học là nhờ
vào khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật trong các điều kiện
môi trường khác nhau,
Trang: 7
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
3.1.1 Quá trình yếm khí (kỵ khí):
Là các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện
hoàn toàn không có oxy. Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được VSV chuyển thành các các
chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường, glyxerin,..(gọi chung là hydrat
cacbon)
Giai đoạn 2: là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn metan để
chuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH
4
và CO
2
.
Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt (lên men
axit). Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp
chất khác nhau và các chất khí như CO
2

, N
2
, H
2
và cả CH
4
(bắt đầu lên men
metan). Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu diệt. Các
vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO
2
và
CH
4
(giai đoạn lên men metan cò gọi là lên men kiềm).
a, Các vi sinh vật phân huỷ kỵ khí
Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân
sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong quá trình kỵ
khí như sau: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí
metan.
Trang: 8
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose:
Hình:3 vi khuẩn biến dưỡng cellulose
Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ
khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Theo A.R.Prevot, chúng có
mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus,
Terminosponus. Chúng biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO
2
, H

2
và
một số chất tan trong nước như Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine.
Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn
sinh khí metan.
Nhóm vi khuẩn sinh khí metan:

Hình: 4 vi khuẩn sinh khí metan
Trang: 9
Nhóm SVTH: ĐHMT4A
Đề tài: Tìm hiểu nguồn năng lượng từ rác thải GVHD: Trần Hoài Đức
Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch
và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành 3 bộ (Order), 4 họ
(Family), 17 loài (Genus).
Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó
việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan. Có như
vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để.
Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng
CO
2
đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ
C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon.
Trong quá trình lên men kỵ khí các loài VSV gây bệnh bị tiêu diệt không
phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó
có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh
dinh dưỡng,..Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80
đến 100%.
b, Cơ chế của sự tạo thành khí metan
Cơ chế 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO

2
, H
2
và
các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:
C
x
H
y
O
z
→ các axit hữu cơ, CO
2
, H
2
Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO
2
, H
2
tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn
metan:
CO
2
+ 4H
2
→ CH
4
+ 2H
2
O

CO + 3H
2
→ CH
4
+ H
2
O
4CO + 2H
2
→ CH
4
+ 3CO
2
4HCOOH → CH
4
+ 3CO
2
+ 3H
2
O
4CH
3
OH → 3CH
4
+ 2H
2
O + CO
2
Trang: 10
Nhóm SVTH: ĐHMT4A