Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ cho quá trình nhiệt phân than hóa

Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... v
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1. Giới thiệu về chất thải thực phẩm và hiện trạng quản lý .......................................... 3
1.1.1. Tình trạng phát sinh chất thải thực phẩm .............................................................. 3
1.1.2. Hiện trạng quản lý chất thải thực phẩm ................................................................ 5
1.2. Các công nghệ xử lý chất thải thực phẩm ................................................................. 8
1.2.1. Phương pháp Tái chế, tái sử dụng ......................................................................... 8
1.2.2. Phương pháp sản xuất phân hữu cơ ...................................................................... 9
1.2.3. Phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí tạo khí sinh học ....................................... 9
1.2.4. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh ...................................................................... 10
1.2.5. Các phương pháp nhiệt ........................................................................................ 10
1.3. Than hóa và chất lƣợng than ................................................................................... 12
1.3.1. Q trình than hóa ............................................................................................... 12
1.3.2. Các thuyết về hấp phụ ứng dụng đánh giá chất lượng than ................................ 23
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM..................................................................................... 28
2.1. Quy trình thực nghiệm ............................................................................................ 28
2.2. Danh mục trang thiết bị, máy móc phục vụ nghiên cứu ......................................... 29
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................................... 33
2.3.1. Phương pháp than hóa ......................................................................................... 33
2.3.2. Phương pháp kiểm tra, xác định chất lượng sản phẩm than hóa thu được ......... 37
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 39
3.1. Ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình than hóa ............................................... 39

i


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân than hóa ...................................................... 39
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân .................................................................... 42
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần vật liệu ............................................................. 45
3.2. Các thông số đặc trƣng của than nghiên cứu .......................................................... 49
3.2.1. Khả năng hấp phụ hơi benzen của than nghiên cứu ............................................ 49
3.2.2. Khả năng hấp phụ khí của than nghiên cứu ........................................................ 51
3.2.3. Sự phân bố lỗ xốp của than nghiên cứu ............................................................... 53
3.3. Quy trình cơng nghệ nhiệt phân than hóa thực phẩm thải ...................................... 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 58
1. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 58
2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................................... 58

ii


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
-

FAO : Tổ chức Nông Lƣơng Liên hợp quốc

-

USDA : United States Department of Agriculture - Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ

-

ERS : Economic Research Service - Cơ quan Nghiên cứu kinh tế

-

JICA : The Japan International Cooperation Agency - Cơ quan hợp tác Quốc tế
Nhật Bản

-

CHC : Chất hữu cơ

-

CTR : Chất thải rắn

-

BET : Brunauer- Emmett- Teller

-

THT : Than hoạt tính

iii


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1. So sánh sự khác nhau giữa các hình thức cacbon hóa về mặt thiết bị .......... 13

Bảng 2. 1. Danh mục máy móc, thiết bị phục vụ nghiên cứu ........................................ 30
Bảng 3. 1. Khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc khi than hóa 1000g vật liệu tại các giá trị
nhiệt độ khác nhau trong cùng điều kiện thời gian 60 phút, tỷ lệ vật liệu 50/50 ........... 40
Bảng 3. 2. Khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc khi nhiệt phân 1000g vật liệu tỷ lệ 50/50 tại
5000C trong các khoảng thời gian khác nhau................................................................. 43
Bảng 3. 3. Khối lƣợng than thu đƣợc khi than hóa 1000g vật liệu tại 5000C, thời gian
60 phút với tỷ lệ % thành phần vật liệu thay đổi ........................................................... 46
Bảng 3. 4. Hàm lƣợng tro và cacbon của than nghiên cứu ............................................ 48
Bảng 3. 5. Độ hấp phụ của các mẫu than thu đƣợc khi thay đổi tỷ lệ vật liệu cơm/rau 49
Bảng 3. 6. So sánh các thông số đặc trƣng của than nghiên cứu với than tre ................ 52

iv


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu tạo lò hầm than dưới lòng đất ...................................................... 15
Hình 1. 2. Sơ đồ cấu tạo kỹ thuật đốt than ủ đống......................................................... 16
Hình 1. 3. Sơ đồ cấu tạo lị hầm than xây bằng gạch ................................................... 17
Hình 1. 4. Sơ đồ cấu tạo lò quay nghiêng dùng than hóa liên tục ................................ 19
Hình 1. 5. Sơ đồ cấu tạo lị đứng than hóa liên tục ...................................................... 19
Hình 1. 6. Lị than hóa dạng dài gia nhiệt gián tiếp ..................................................... 20
Hình 1. 7. Cấu tạo lị buồng than hóa gián tiếp............................................................. 21
Hình 1. 8. Đồ thị đường thẳng BET .............................................................................. 26
Hình 2. 1. Lị than hóa SRJK-5-9S phục vụ điều chế THT ............................................ 31
Hình 2. 2. Ống chưng khơ vật liệu thí nghiệm đã được chế tạo .................................... 32
Hình 2. 3. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình than hóa ............ 34
Hình 2. 4. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến q trình than hóa .......... 35
Hình 2. 5. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình than hóa .......... 36
Hình 3. 1. Sự biến thiên khối lượng sản phẩm thu được theo nhiệt độ.......................... 41
Hình 3. 2. Sự biến thiên khối lượng sản phẩm thu được theo thời gian than hóa ......... 44
Hình 3. 3. Khối lượng than thay đổi theo tỷ lệ % cơm trong hỗn hợp (cơm/rau) ......... 46
Hình 3. 4. Đẳng nhiệt hấp phụ benzen trên than nghiên cứu – cân Markbel ................ 50
Hình 3. 5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Ni tơ của than nghiên cứu................................. 51
Hình 3. 6. Đường cong tích phân phân bố lỗ xốp của than nghiên cứu ........................ 53
Hình 3. 7. Đường cong vi phân phân bố lỗ xốp của than nghiên cứu ........................... 54
Hình 3. 9. Sơ đồ quy trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải.................................... 56

v


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề thu gom, xử lý rác thải thực phẩm đang gây nhiều khó khăn,
thách thức cho các Cơ quan chức năng tại Việt Nam. Hằng ngày, tại các Thành phố lớn
nhƣ Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh phát sinh khoảng 6.500 tấn chất thải rắn sinh
hoạt. Trong đó chất thải thực phẩm chiếm 60 – 75% tổng lƣợng chất thải rắn sinh hoạt
phát sinh [2]. Với khối lƣợng chất thải thực phẩm phát sinh nhiều nhƣ vậy trong khi tại
Việt Nam phƣơng pháp thu gom, xử lý áp dụng phổ biến là chôn lấp đang tồn tại nhiều
bất cập trong vấn đề quy hoạch bãi chôn lấp chất thải rắn (CTR). Do diện tích đất xung
quanh các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh đã đƣợc quy hoạch xây
dựng các dự án khu đô thị, khu nhà ở và trung tâm thƣơng mại hay các khu công
nghiệp, thƣơng mại dịch vụ khác nên để quy hoạch bãi chôn lấp CTR phải lựa chọn ở
các vị trí rất xa thành phố gây khó khăn và tăng chi phí cho việc thu gom, vận chuyển
và xử lý CTR. Quá trình xử lý CTR bằng phƣơng pháp chôn lấp cũng bộc lộ nguy cơ
gây gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc dƣới đất do phát sinh nƣớc rỉ rác. Ngồi ra
trong q trình phân hủy các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp CTR sẽ tạo ra khí gây ơ
nhiễm mơi trƣờng khơng khí xung quanh và gây hiệu ứng nhà kính nhƣ H2S, SO2, CO2,
NH3, CH4 [14].
Tại các quốc gia có nền kinh tế phát triển nhƣ Mỹ, Nhật Bản, Đan Mạch, Anh
Quốc, Hà Lan, Đức, Hàn Quốc, Singapore…Việc phân loại rác tại nguồn thành 2 dịng
rác hữu cơ dễ phân hủy và rác vơ cơ đã đƣợc tiến hành đồng bộ và đi vào nề nếp của
ngƣời dân nên rất thuận lợi cho việc thu gom, xử lý. Rác hữu cơ dễ phân hủy đƣợc thu
gom xử lý hằng ngày bằng nhiều phƣơng thức khác nhau nhƣ thực phẩm khơng dùng
đến đƣợc qun góp làm thức ăn cho ngƣời nghèo, phần thực phẩm thải không tận
dụng đƣợc nữa đƣợc xử lý làm thức ăn chăn ni hoặc chế biến phân hữu cơ. Cũng có
nơi sử dụng phƣơng pháp phân hủy sinh học kỵ khí tạo ra khí sinh học hoặc sử dụng
phƣơng pháp khí hóa để thu hồi năng lƣợng cho sản xuất điện. Tuy nhiên tại Việt Nam
việc phân loại rác tại nguồn chƣa thực hiện đƣợc, các cơng nghệ nêu trên lại có chi phí
1


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

đầu tƣ cao nên chƣa thực sự phù hợp. Phƣơng pháp nhiệt phân than hóa rác thải thực
phẩm nhằm tạo ra sản phẩm than sạch có khả năng ứng dụng trong cơng nghệ mơi
trƣờng, ứng dụng làm nhiên liệu, vật liệu cho các quá trình sản xuất khác hoặc ứng
dụng cải tạo đất, giá thể cho trồng trọt [1]…sẽ phù hợp với điều kiện của Việt Nam
hơn do chi phí đầu tƣ thấp, vận hành đơn giản, sản phẩm thu đƣợc có tính ứng dụng
cao. Ngoài ra xử lý rác thải thực phẩm bằng phƣơng pháp than hóa giúp giảm thiểu ơ
nhiễm mơi trƣờng, giảm nhu cầu quy hoạch diện tích đất xây dựng bãi chơn lấp CTR.
Do đó luận văn “Nghiên cứu xác định chế độ cơng nghệ cho q trình nhiệt phân
than hóa thực phẩm thải” đƣợc lựa chọn.
Đề tài đƣợc thực hiện với mục đích và phạm vi nghiên cứu nhƣ sau:
Mục đích nghiên cứu: nhằm tạo ra sản phẩm than sạch từ chất thải thực phẩm.
Phạm vi, đối tượng nghiên cứu:
Chất thải thực phẩm có thành phần rất đa dạng nhƣ cơm, rau, vỏ củ, quả, xƣơng
động vật, thịt, cá, thức ăn thừa…Tuy nhiên đề tài lựa chọn vật liệu thí nghiệm là cơm
nguội và đầu rau muống, hai loại vật liệu phổ biến và chiếm thành phần chủ yếu trong
chất thải thực phẩm tại các đô thị [5].
Phương pháp nghiên cứu:
Đề tài sử dụng phƣơng pháp nhiệt phân than hóa vật liệu bằng hình thức gia
nhiệt gián tiếp trong điều kiện khơng có oxy.
Những nội dung nghiên cứu chính:
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến q trình than hóa
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian đến q trình than hóa
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần vật liệu đến q
trình than hóa
- Đánh giá khả năng hấp phụ hơi, khí Nitơ của sản phẩm than hóa thu đƣợc
- Xác định sự phân bố lỗ của sản phẩm than thu đƣợc nhằm đánh giá chất lƣợng than
2

Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về chất thải thực phẩm và hiện trạng quản lý
1.1.1. Tình trạng phát sinh chất thải thực phẩm
Chất thải thực phẩm chỉ chất thải phát sinh trong quá trình gia cơng thực phẩm
tại nhà bếp và các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cịn thừa trên bàn ăn.
Chất thải thực phẩm theo nghĩa rộng bao gồm chất thải từ nhà bếp nhà hàng
(Restaurant kitchen waste), chất thải từ nhà bếp hộ gia đình (Household kitchen waste)
và chất thải từ các nhà máy chế biến lƣơng thực, thực phẩm tạo ra hằng ngày [13].
Theo một báo cáo mới đây của Tổ chức Nông Lƣơng Liên hiệp quốc (FAO),
khối lƣợng 1,3 tỉ tấn thực phẩm thải phát sinh trên thế giới mỗi năm không chỉ gây tổn
hại cho nền kinh tế, mà còn tác động xấu đến nguồn tài nguyên thiên nhiên nuôi sống
con ngƣời. Tác động đối với tài nguyên thiên nhiên là nghiên cứu đầu tiên phân tích
những tác động của chất thải thực phẩm từ khía cạnh mơi trƣờng nhìn vào hậu quả của
nó đối với khí hậu, nƣớc, sử dụng đất và cả đa dạng sinh học.
Cũng theo báo cáo này của FAO, mỗi năm, thực phẩm đƣợc sản xuất ra nhƣng
không đƣợc tiêu thụ làm tiêu tốn một lƣợng nƣớc tƣơng đƣơng với dịng chảy hàng
năm của sơng Volga ở Nga và làm gia tăng 3,3 tỉ tấn khí thải gây hiệu ứng nhà kính
trong bầu khí quyển của hành tinh. Ngồi những tác động về mơi trƣờng, thiệt hại về
kinh tế đối với việc xử lý chất thải thực phẩm (trừ cá và hải sản) vào khoảng 750 tỉ
USD/năm.
Tổng giám đốc FAO José Graziano da Silva cho biết: “Tất cả chúng ta, nông
dân và ngƣ dân; các nhà chế biến thực phẩm và các siêu thị; chính quyền địa phƣơng
và Chính phủ; ngƣời tiêu dùng phải tạo ra sự thay đổi ở mỗi liên kết chuỗi thực phẩm
để giảm thiểu chất thải thực phẩm từ nơi bắt đầu, và tái sử dụng hoặc tái chế chất thải.

Chúng ta không thể cho phép 1/3 lƣợng thực phẩm chúng ta sản xuất ra trở thành chất
thải hoặc bị mất đi do thói quen khơng hợp lý, trong khi có 870 triệu ngƣời bị đói mỗi
ngày” [5].
3


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

Theo nghiên cứu của FAO cho thấy 54% chất thải thực phẩm trên thế giới phát
sinh bởi quá trình sản xuất, xử lý sau thu hoạch và bảo quản. 46% chất thải thực phẩm
phát sinh bởi quá trình chế biến, phân phối và tiêu thụ. Nghiên cứu này cũng chỉ ra
rằng theo xu hƣớng chung, các nƣớc đang phát triển chịu tổn thất thực phẩm nhiều hơn
trong sản xuất nông nghiệp, chất thải thực phẩm ở khâu bán lẻ và ngƣời tiêu dùng có
xu hƣớng cao hơn ở những khu vực có thu nhập trung và cao, chiếm tới 31-39% tổng
lƣợng chất thải, so với những khu vực thu nhập thấp (4-16%) [5].
Báo cáo của FAO nhấn mạnh, sản phẩm lƣơng thực đƣợc tiêu thụ càng chậm
trong chuỗi cung ứng sẽ gây ảnh hƣởng đối với mơi trƣờng càng lớn, do chi phí mơi
trƣờng trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản và nấu nƣớng cộng với chi phí
sản xuất ban đầu. Một số điểm nóng về chất thải thực phẩm đƣợc đề cập đến trong báo
cáo của FAO, gồm: Chất thải ngũ cốc ở châu Á là một vấn đề nghiêm trọng, với những
tác động mạnh mẽ đến mơi trƣờng khơng khí, nƣớc và sử dụng đất. Chất thải của lúa
gạo đặc biệt đáng lƣu ý do khí thải mê-tan cao kết hợp với mức độ chất thải lớn; Mặc
dù lƣợng chất thải thịt ở tất cả các khu vực trên thế giới tƣơng đối thấp, ngành chế biến
thực phẩm vẫn đóng góp một tác động khơng nhỏ tới mơi trƣờng trên phƣơng diện
chiếm hữu đất và khí thải cacbonic, đặc biệt ở các nƣớc thu nhập cao và Mỹ La tinh,
cùng chiếm tới 80% tổng lƣợng chất thải thịt. Ngoại trừ Mỹ La tinh, các khu vực thu
nhập cao chịu trách nhiệm cho 67% tổng lƣợng chất thải thịt; Chất thải trái cây đóng
góp một phần lớn chất thải nƣớc ở châu Á, Mỹ La tinh và châu Âu, chủ yếu do mức độ

chất thải đặc biệt cao; Tƣơng tự, lƣợng lớn chất thải rau ở các khu vực công nghiệp hóa
châu Á, châu Âu, Nam Á và Đơng Nam Á chuyển thành lƣợng các-bon lớn [5].
Theo FAO, hành vi của ngƣời tiêu dùng và thiếu giao tiếp trong chuỗi cung là
nguyên nhân dẫn đến mức độ cao chất thải thực phẩm ở các xã hội giàu có. Ngƣời tiêu
dùng khơng có kế hoạch mua sắm, mua quá nhiều, phản ứng quá tiêu cực với hạn sử
dụng tốt nhất của sản phẩm, trong khi chất lƣợng và tiêu chuẩn thẩm mỹ khiến ngƣời
bán lẻ từ chối một lƣợng lớn thực phẩm hồn tồn có thể ăn đƣợc. Chun gia về chất
4


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

thải từ thực phẩm tại Anh Quốc, Emma Marsh phát biểu: “Nghiên cứu của chúng tôi đã
chỉ ra rằng 7,2 triệu tấn chất thải thực phẩm và đồ uống đƣợc tạo ra bởi các hộ gia đình
ở Anh mỗi năm. Trong số này, 4,4 triệu tấn là chất thải thực phẩm có thể tránh đƣợc.
Loại chất thải này có trị giá tƣơng đƣơng khoảng 12 triệu Bảng". Còn tại nƣớc Mỹ,
theo Cơ quan Nghiên cứu kinh tế (ERS) của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) có tựa
đề “Food Loss - Questions About the Amount and Causes Still Remain” cho thấy mỗi
năm nƣớc Mỹ thải ra 5,9 triệu tấn chất thải thực phẩm. Điều đó cho thấy một sự lãng
phí trong cách sinh hoạt và thói quen sử dụng thực phẩm của ngƣời dân các nƣớc phát
triển, gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và tốn kinh phí xử lý chất thải thực phẩm sinh ra.
Tại các đô thị lớn của Việt Nam nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh hằng
ngày thải ra khoảng 6.500 tấn CTR sinh hoạt. Trong đó, chất thải thực phẩm chiếm 60
– 75% tổng lƣợng thải. Khối lƣợng CTR trên địa bàn Thủ đơ tăng trung bình 15%/năm.
Trong khi đó tỷ lệ thu gom CTR sinh hoạt ở các quận nội thành khoảng 95%, các
huyện ngoại thành chỉ đạt 60% [2].
Với khối lƣợng chất thải thực phẩm phát sinh ngày một gia tăng đang đặt gia
nhiều thách thức cho các nhà quản lý trong việc thu gom, quản lý và xử lý chất thải

thực phẩm một cách hiệu quả. Nhằm đem lại hiệu quả kinh tế trong việc tái sử dụng
chất thải thực phẩm, hạn chế ô nhiễm môi trƣờng xung quanh.
1.1.2. Hiện trạng quản lý chất thải thực phẩm
Công tác thu gom, quản lý chất thải thực phẩm hiện nay tại mỗi quốc gia có sự
khác nhau tùy thuộc vào trình độ phát triển, tiềm lực kinh tế, các chính sách pháp luật,
trình độ dân trí…của mỗi quốc gia. Trong đó, cơng tác quản lý chất thải thực phẩm tại
các nƣớc phát triển rất đáng để chúng ta học tập, ví dụ nhƣ.
Nƣớc Mỹ thực hiện quản lý phân loại đối với rác thải thực phẩm (rác thải nhà
bếp), đầu tiên là quyên góp thức ăn, các thức ăn chƣa sử dụng từ các trƣờng học, nhà
hàng, khách sạn, trụ sở cơ qua hành chính, doanh nghiệp,… đƣợc tập trung lại và
quyên tặng cho ngƣời nghèo. Thủ đô Washington và bang Carolina còn đƣa ra Dự luật
5


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

quyên góp thực phẩm, quy định các nhà hàng phải phụ trách quyên góp một lƣợng thức
ăn nhất định. Tiếp đó, các nơng trại (trang trại chăn nuôi) chăn nuôi gia súc hoặc các
xƣởng chế biến thức ăn chăn nuôi sẽ chế biến thành thức ăn chăn nuôi động vật,
thƣờng là chăn nuôi lợn. Tuy nhiên, những ngƣời nông dân chăn nuôi lợn phải có giấy
phép của Ủy ban Thú y mới có thể tiến hành thu gom, tiêu độc, và sử dụng rác thải từ
thực phẩm để nuôi gia súc. Đối với xử lý ủ phân, rất nhiều địa phƣơng đã xây dựng các
bãi chuyên ủ phân và hoàn thiện hệ thống thu gom, ủ phân, tiến hành xử lý ủ phân đối
với các thực phẩm có khả năng tái sử dụng. Hiện tại, rác thải nhà bếp từ các nhà hàng
tại Mỹ đa số đƣợc đƣa vào trạm xử lý rác thải sinh hoạt để xử lý sau khi đã đƣợc làm
mất nƣớc [13].
Năm 2000, Nhật Bản đã ban hành “Luật Tái sinh thực phẩm”, luật này chỉ rõ,
lãng phí thực phẩm là vô đạo đức, hơn nữa lại là hành vi phạm pháp. Luật kêu gọi toàn

xã hội ngăn chặn hiện tƣợng lãng phí thực phẩm nghiêm trọng, đồng thời quy định cần
tiến hành tái chế và tái tận dụng đối với rác thải từ thực phẩm. Quy định này không chỉ
làm giảm rác thải từ thực phẩm mà còn cung cấp cho sản xuất nơng nghiệp một nguồn
phân bón an toàn. Năm 2001, Nhật Bản bắt đầu thực thi “Luật Tuần hoàn rác thải từ
thực phẩm”, Luật này quy định, các siêu thị và nhà ăn có quy mơ lớn có nghĩa vụ tái tài
nguyên hóa rác thải thực phẩm, đồng thời hạn chế sản sinh rác thải. Theo thống kê của
Nhật Bản, lƣợng rác thải nhà bếp của các hộ gia đình vào năm 2007 là khoảng 1,19
triệu tấn, trong đó 94% đƣợc tiến hành xử lý bằng phƣơng pháp đốt và chôn lấp theo
loại rác thải. Rác thải thuộc loại thực phẩm của các đơn vị phục vụ ăn uống và các đơn
vị gia công thực phẩm là 8,27 triệu tấn, trong đó 26% đƣợc tiến hành tận dụng làm
thức ăn chăn nuôi, 23% đƣợc tiến hành tận dụng làm phân bón, 42% đƣợc tiến hành xử
lý bằng phƣơng pháp đốt và chôn lấp theo loại rác thải [13].
Tại các quốc gia nhƣ Đan Mạch, Anh, Hà lan, Đức, việc quản lý chất thải đƣợc
thực hiện rất chặt chẽ công tác phân loại và thu gom rác đã trở thành nề nếp và ngƣời
dân chấp hành rất nghiêm quy định này. Các loại rác thải có thể tái chế đƣợc nhƣ giấy
6


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

loại, chai lọ thuỷ tinh, vỏ đồ hộp... đƣợc thu gom vào các thùng chứa riêng. Đặc biệt
rác thải nhà bếp có thành phần hữu cơ dễ phân huỷ đƣợc yêu cầu phân loại riêng đựng
vào các túi có màu sắc theo đúng quy định thu gom hàng ngày để đƣa đến nhà máy chế
biến phân compost (ủ phân). Đối với các loại rác bao bì có thể tái chế, ngƣời dân mang
đến thùng rác đặt cố định trong khu dân cƣ [8].
Ở Hàn Quốc, cách quản lý chất thải giống với Nhật Bản, nhƣng cách xử lý lại
giống ở Đức. Rác hữu cơ nhà bếp một phần đƣợc sử dụng làm giá thể nuôi trồng nấm
thực phẩm, phần lớn hơn đƣợc chôn lấp có kiểm sốt để thu hồi biogas cung cấp cho

phát điện. Sau khi rác tại hố chôn phân huỷ hết, tiến hành khai thác mùn ở bãi chơn
làm phân bón. Nhƣ vậy, tại các nƣớc phát triển việc phân loại rác tại nguồn đã đƣợc
tiến hành cách đây khoảng 30 năm và đến nay cơ bản đã thành công trong việc tách rác
thành 2 dòng hữu cơ dễ phân huỷ đƣợc thu gom xử lý hàng ngày, rác khó phân huỷ có
thể tái chế hoặc đốt, chơn lấp an tồn đƣợc thu gom hàng tuần [8].
Tại Đông Nam Á, Singapo đã thành công trong quản lý CTR để bảo vệ mơi
trƣờng. Chính phủ Singapo đang u cầu tăng tỷ lệ tái chế thông qua phân loại rác tại
nguồn từ các hộ gia đình, các chợ, các cơ sở kinh doanh để giảm chi ngân sách cho
Nhà nƣớc. Các quốc gia cịn lại đang trong q trình tìm kiếm hoặc triển khai mới mơ
hình quản lý CTR. Tại Bangkok, việc phân loại rác tại nguồn chỉ mới thực hiện đƣợc
tại một số trƣờng học và một số quận trung tâm để tách ra một số loại bao bì dễ tái chế,
lƣợng rác cịn lại vẫn đang phải chơn lấp, tuy nhiên đƣợc ép chặt để giảm thể tích và
cuốn nilon rất kỹ xung quanh mỗi khối rác để giảm bớt ô nhiễm [8].
Tại Việt Nam, trung tuần tháng 2/2007, Công ty môi trƣờng đô thị Hà Nội và
Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) đã tổ chức hội nghị "Sáng lập các ngôi sao
3R Hà Nội" nhằm liên kết thiết lập mạng lƣới các tổ chức, cá nhân hoạt động trong lĩnh
vực môi trƣờng. Đây là một phần của Dự án tái chế, tái sử dụng và giảm thiểu rác
thải tại 4 quận nội thành Hà Nội, đƣợc gọi là Dự án 3R (Reduce/Giảm thiểu, Reuse/Tái
sử dụng, Recycle/Tái chế). Tuy nhiên dự án này chỉ hoạt động đƣợc trong một thời
7


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

gian gắn và nhanh chóng dừng lại ở mức độ thí điểm do nhiều nguyên nhân khách
quan, chủ quan khác nhau. Hiện nay, việc phân loại CTR tại nguồn ở Việt Nam vẫn
chƣa đƣợc triển khai rộng rãi, vì vậy ở hầu hết các đô thị nƣớc ta, việc thu gom rác
chƣa phân loại vẫn là chủ yếu nên rác thải thực phẩm vẫn thu gom lẫn với các loại chất

thải rắn thông thƣờng khác. Công tác thu gom rác tại Việt Nam sử dụng 2 hình thức là
thu gom sơ cấp (ngƣời dân tự thu gom CTR sinh hoạt vào các thùng/túi chứa sau đó
đƣợc cơng nhân thu gom vào các thùng rác đẩy tay cỡ nhỏ) và thu gom thứ cấp (rác các
hộ gia đình đƣợc cơng nhân thu gom vào các xe đẩy tay sau đó chuyển đến các xe ép
rác chuyên dụng và chuyển đến khu xử lý hoặc tại các chợ/khu dân cƣ có đặt container
chứa rác, cơng ty mơi trƣờng đơ thị có xe chun dụng chở container đến khu xử lý)
[2]. Do chƣa có sự phân loại từ đầu nguồn nên rác thực phẩm lẫn với CTR khác gây
khó khăn cho việc xử lý, thực phẩm thải lẫn trong đó sẽ bị phân hủy sinh học gây mùi
hơi khó chịu và sinh ra nƣớc rỉ rác ảnh hƣởng đến mơi trƣờng xung quanh.
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp xử lý chất thải thực phẩm nhƣ tái chế, tái sử
dụng; chế biến phân hữu cơ; phân hủy sinh học tạo khí; chơn lấp hợp vệ sinh và các
phƣơng pháp nhiệt. Tùy thuộc vào năng lực hiện tại của các quốc gia trên thế giới mà
áp dụng các biện pháp xử lý chất thải thực phẩm phù hợp và hiệu quả với điều kiện của
mỗi quốc gia. Các công nghệ xử lý đƣợc trình bày chi tiết trong các phần sau đây.
1.2. Các công nghệ xử lý chất thải thực phẩm
1.2.1. Phương pháp Tái chế, tái sử dụng
Các nhà máy tái chế rác thải thực phẩm thu gom rác từ từng hộ gia đình và đƣợc
xử lý chúng thành phân bón và thức ăn gia súc. Khơng giống với các loại rác thải sinh
hoạt khác, lƣợng chất thải thực phẩm có thể đƣợc giảm xuống một phần ba bằng cách
sấy khô. Nhà máy loại bỏ chất độc hại và kim loại nặng từ chất thải thực phẩm, rồi sấy
khô, nghiền nhỏ, và điều chỉnh độ mặn để làm thức ăn gia súc giàu dinh dƣỡng. Chất
thải thực phẩm trƣớc đây đƣợc đƣa thẳng đến bãi chứa rác, nhƣng nay đã trở thành
nguồn nguyên liệu thay thế quý giá và thức ăn gia súc [13]. Thực phẩm chƣa dùng đến
8


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

cũng đƣợc phân loại ngay tại nguồn, tận dụng để quyên góp thức ăn cho những nơi cần
thiết (tại Mỹ đang tận dụng thức ăn nhằm quyên góp cho ngƣời nghèo) sẽ giảm thiểu
rác thải phải chuyên chở đến bãi chôn lấp, tiết kiệm kinh phí cho xử lý rác thải, tiết
kiệm tài nguyên đất, kéo dài tuổi thọ các bãi chôn lấp, tận dụng đƣợc chất thải, đem lại
lợi ích kinh tế, gắn với bảo vệ môi trƣờng.
1.2.2. Phương pháp sản xuất phân hữu cơ
Ngƣời dân thành phố thu gom rác hữu cơ sinh hoạt đã đƣợc phân loại tại gia
đình và các cơ sở sản xuất kinh doanh. Rác đƣợc thu gom và chuyên chở đến địa điểm
chế biến phân hữu cơ. Trong bƣớc này, khâu phân loại tại nguồn là quan trọng nhất vì
nhƣ vậy mới tiết kiệm đƣợc chi phí chuyên chở rác và chất lƣợng ủ phân mới đảm bảo.
Nếu khơng phân loại ngay tại nguồn thì trƣớc khi ủ cũng phải phân loại. Thực tế tại
nhà máy xử lý rác thải và sản xuất phân hữu cơ Cầu Diễn - Hà Nội, quy mô nhà máy,
trang thiết bị máy móc rất hiện đại nhƣng tiêu tốn vào khâu phân loại rác rất lớn. Chỉ
1/3 lƣợng rác hữu cơ sau khi phân loại đƣợc đƣa vào ủ làm phân, còn lại, hàng ngày
nhà máy phải huy động 10-15 xe chở rác to đƣa chất vô cơ lên bãi rác Nam Sơn, rất tốn
kém về chi phí và thời gian chở rác. Trong quy trình cơng nghệ chế biến phân vi sinh
ln có sự tham gia của vi sinh vật phân giải thông qua việc bổ sung các chế phẩm vi
sinh vật, nhƣ vậy sẽ tạo ra một loại phân hữu cơ an tồn, có chất lƣợng cao. Ở nội dung
này kỹ thuật ủ và giống, loại vi sinh vật đƣa vào bể ủ phân là quan trọng hơn cả, nó
quyết định thời gian ủ và chất lƣợng phân hữu cơ. Hiện có nhiều phƣơng pháp và quy
trình khác nhau để ủ compost nhƣng đều theo nguyên tắc chung là bƣớc đầu ủ nóng,
sau đó ủ nguội [8].
1.2.3. Phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí tạo khí sinh học
Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong rác thải thực phẩm rất phức tạp
liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên ngƣời ta thƣờng
đơn giản chúng bằng phƣơng trình dƣới đây:
9


Viện KH & CNMT

Chất hữu cơ

Luận văn Thạc sĩ
VSV kỵ khí

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

(1.1)

Hỗn hợp khí sinh ra thƣờng đƣợc gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần
của Biogas nhƣ sau: mê tan (CH4) 55,65%; carbonic (CO2) 35,45%; nitơ (N2) 0,3%;
hydro (H2) 0,1%; hydro sulfua (H2S) 0,1% [3].
Tuy nhiên ngƣời ta chủ yếu thu hồi khí CH4 đƣa qua bộ phận xử lý làm sạch khí
để làm nhiên liệu đốt phục vụ nhu cầu về năng lƣợng của con ngƣời.
1.2.4. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh
Quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6696 - 2000, Khái niệm bãi chôn
lấp hợp vệ sinh: “Khu vực đƣợc quy hoạch thiết kế, xây dựng để chôn lấp các chất thải
phát sinh từ các khu dân cƣ, đô thị và các khu công nghiệp. Bãi chôn lấp chất thải rắn
bao gồm các ô chôn lấp chất thải, vùng đệm và các cơng trình phụ trợ: trạm xử lý nƣớc
rác, khí thải, cung cấp điện,...” [14]. Thực chất của chôn lấp là cho rác vào các ô chôn
lấp và cô lập với môi trƣờng xung quanh bởi lớp lót đáy, lót thành hai bên và lớp che
phủ bên trên bề mặt, khí và nƣớc rác sinh ra đều đƣợc thu gom xử lý riêng cho từng
loại. Chôn lấp hợp vệ sinh là một phƣơng pháp kiểm soát sự phân huỷ của chất thải rắn
khi chúng đƣợc chôn nén và phủ lấp bề mặt.
Trong phƣơng các pháp xử lý chất thải rắn thì chơn lấp là phƣơng pháp phổ biến
và đơn giản nhất. Chất đem đi chôn là những chất không tái chế, không làm phân hữu
cơ, hay là đƣợc thải ra từ các quá trình làm phân hữu cơ, đốt, quá trình khác,... ở Việt
Nam hiện tại trên 90% rác thu gom đƣợc đều xử lý bằng phƣơng pháp chơn lấp, gây
lãng phí tài ngun và ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh.

1.2.5. Các phương pháp nhiệt
1.2.5.1. Phương pháp thiêu đốt
Đốt cháy là q trình ơxy hóa chất thải rắn bằng ơxy khơng khí ở điều kiện nhiệt
độ cao và là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến của các nƣớc phát triển trên thế
giới hiện nay nhằm xử lý rác và thu hồi nhiệt vận hành nồi hơi cấp nhiệt sƣởi ẩm.
Nguyên lý của quá trình đốt cháy chất thải hữu cơ nhƣ sau:
10


Viện KH & CNMT

Chất hữu cơ + O2

Luận văn Thạc sĩ

Nhiệt độ cao

Tro xỉ
(có thể chứa
kim loại nặng)

Khói lị: bụi, CO2, SO2, CO,
NOx, HCl, furan, dioxin. Kim + Q
loại thăng hoa: Cu, As, Ca, Pb,
Hg, Ni

(1.2)

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đốt bao gồm:
a. Nhiệt độ đốt:

- Nếu nhiệt độ đốt nhỏ hơn 9000C, thƣờng khói lị chứa dioxin, furan,...
- Nhiệt độ từ 900 – 11000C  phần lớn các chất hữu cơ cháy hết nhƣng PCB
(Polychlorinated biphenyl) chƣa cháy hết.
- Ở 12000C hầu hết đều bị cháy, tuy nhiên nhiệt độ đốt càng cao thì bản thân
nhiệt tỏa ra của khí đốt khơng tỏa ra đủ địi hỏi nhiên liệu phụ, do đó chi phí vận hành
tăng lên, do vậy mà hiệu quả kinh tế sẽ thấp.
b. Thời gian lƣu của chất thải trong lò đốt:
Thời gian lƣu ảnh hƣởng nhiều đến hiệu xuất đốt của lò
- Đối với pha rắn: 2 - 4 giờ (nhƣng tùy thuộc vào kích thƣớc của rác)
- Đối với pha khí ít nhất là 4 giây.
Nhiệt độ tăng thì thời gian lƣu giảm đi.
c. Đảo trộn chất thải rắn:
Mục đích là tăng khả năng khơng khí tiếp xúc với chất thải để hiệu suất đốt cháy
cao hơn [14].
1.2.5.2. Phương pháp khí hóa
Khí hóa là q trình đốt cháy nguồn ngun liệu sinh khối trong môi trƣờng
thiếu ôxi ở nhiệt độ cao để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm carbon monoxide
(CO), hydro (H2) và một phần khí mê tan (CH4). Hỗn hợp này đƣợc gọi là hỗn hợp khí
cháy. Hỗn hợp khí cháy có thể đƣợc sử dụng để chạy động cơ đốt trong (cả loại động
cơ nén cao áp và loại động cơ đánh lửa), cũng có thể đƣợc sử dụng để sản xuất
11


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

methanol (CH3OH) - nhiên liệu cho động cơ nhiệt cũng nhƣ là nguyên liệu cho ngành
cơng nghiệp hóa chất và quan trọng là ngun liệu cho hệ thống máy phát điện thông
qua động cơ đốt trong để tạo công cơ học làm quay máy phát tạo ra nguồn điện [16].

Hiện nay tại một số quốc gia có nền kinh tế phát triển nhƣ Nhật Bản, Pháp lại sử
dụng cơng nghệ khí hóa rác thải bằng plasma (thực hiện một quá trình sử dụng điện để
tạo ra cung hồ quang ở nhiệt độ cực cao nhằm biến các loại chất thải thành khí tổng
hợp, hơi nƣớc và chất xỉ). Cơng nghệ này linh hoạt có thể xử lý đƣợc các loại chất thải
khác nhau không chứa chất phóng xạ nhƣ chất thải y tế, chất thải công nghiệp, chất thải
nguy hại, chất thải rắn đô thị. Cơng nghệ này có hiệu suất cao gấp 7 lần so với cách xử
lý khí hóa rác thơng thƣờng và cũng tạo ra nhiều năng lƣợng hơn. Xỉ than sau q trình
plasma cũng giảm đi nhiều, chỉ cịn 1/6 – 1/12 so với dung lƣợng rác ban đầu [7].
1.3. Than hóa và chất lƣợng than
1.3.1. Q trình than hóa
1.3.1.1. Ngun lý q trình than hóa
Than hóa hay cịn gọi cacbon hóa là q trình dùng nhiệt phân hủy các chất hữu
cơ (CHC) dạng rắn trong điều kiện khơng có oxy nhằm thu đƣợc cacbon (than). Quá
trình xảy ra nhƣ sau:
CHC + Q  C + H2O

(1.3)

Ngoài sản phẩm cacbon cịn thu đƣợc một số hóa chất thốt ra dƣới dạng khói,
dầu, và hơi nếu nguyên liệu sử dụng là cellulose hay một số polymer. Các hình thức
cacbon hóa bao gồm [17]:
-

Hình thức gia nhiệt trực tiếp: Tùy vào sự đốt cháy phần khí đốt than hóa (đốt
cháy chƣa hồn tồn) mà duy trì ở 500 – 8000C. Chất hữu cơ đƣợc cacbon hóa
bởi sự đốt cháy khơng hồn tồn và gia nhiệt trực tiếp nhờ vào hoạt động vừa di
động vừa đốt cháy khí đốt than hóa theo độ nghiêng và vận động quay vòng của
buồng đốt.
12

Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

Hình thức gia nhiệt gián tiếp: Bên trong lị cacbon hóa đƣợc duy trì ở 400 –

-

8000C tùy vào sự gia nhiệt từ nguồn nhiệt bên ngồi. Chất hữu cơ đƣợc cacbon
hóa bằng cách đƣợc truyền và gia nhiệt gián tiếp bằng gió nóng trong trạng thái
môi trƣờng oxy thấp bởi van dẫn hƣớng đƣợc lắp trong lò sấy và vận động quay
vòng của buồng đốt.
Sự khác nhau giữa các hình thức cacbon hóa về mặt thiết bị đƣợc trình bày trong
bảng 1.1 dƣới đây.
Bảng 1. 1. So sánh sự khác nhau giữa các hình thức cacbon hóa về mặt thiết bị
Hình thức

Hình thức gia nhiệt gián tiếp

Hình thức gia nhiệt trực tiếp

Thiết bị
Điều

kiện

nhiệt

gia Gia nhiệt gián tiếp khơng có sự Gia nhiệt trực tiếp có sự tiếp

tiếp xúc giữa vật liệu cacbon xúc giữa vật liệu cacbon hóa và
hóa và nhiệt lƣợng

Khí thải

nhiệt lƣợng

Khí thải sạch vì khí đốt than Nếu cần đốt cháy lại, lƣợng khí
hóa đƣợc đốt cháy bằng buồng thải sẽ nhiều
đốt

Điều chỉnh vận Nhiệt độ gia nhiệt và thời gian Vì phải đốt cháy và điều chỉnh
hành

lƣu lại có thể tự do thay đổi

mơi trƣờng đốt cháy khí đốt
than hóa nên việc điều chỉnh
nhiệt độ gia nhiệt khó khăn

Chất lƣợng sản Chất lƣợng tốt vì khơng bị đốt Vì một phần bị đốt cháy nên có
phẩm

cacbon cháy

một ít tro trộn lẫn

hóa
Qua phân tích tại bảng 1.1 cho thấy, hình thức gia nhiệt gián tiếp có nhiều ƣu
điểm hơn hình thức gia nhiệt trực tiếp trong q trình than hóa.

13


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

Q trình than hóa là quá trình thu nhiệt ngƣợc lại với quá trình oxy hóa (đốt
cháy) là q trình phát nhiệt. Q trình đốt cháy diễn ra theo hai giai đoạn nhƣ sau:
-

Giai đoạn 1:

CHC + O2  C + CO2 + H2O

(1.4)

-

Gia đoạn 2:

C + O2  CO2 + H2O

(1.5)

Hai giai đoạn này song song với nhau vì khi một lƣợng CHC chƣa phân hủy thì
một lƣợng đã phân hủy thành cacbon. Những ngƣời đốt than từ củi lợi dụng giai đoạn
đầu để đốt củi thành than hay nói chính xác hơn là đốt cellulose thành than. Để thành
công ngƣời ta phải quan sát khi kết thúc giai đoạn 1, dùng đất cát phủ lên đám cháy để

hầm than. Phƣơng pháp này gọi là ủ than.
Dựa trên nguyên lý của quá trình cacbon hóa nhƣ trên mà có nhiều kỹ thuật sản
xuất than từ vật liệu hữu cơ đƣợc thực hiện từ xƣa đến nay. Đề tài xin đƣa ra một số kỹ
thuật sản xuất than từ vật liệu hữu cơ nhƣ trình bày dƣới đây.
1.3.1.2. Các kỹ thuật sản xuất than
1.3.1.2.1. Kỹ thật sản xuất than truyền thống
- Lò hầm than dƣới lòng đất: Các bƣớc chuẩn bị lò hầm than dƣới lòng đất nhƣ sau
+ Bƣớc 1: Đào một hố đất sâu khoảng 2.5m diện tích của hố phụ thuộc vào nhiên liệu
củi nhiều hay ít, thƣờng thì hố có hình trịn thì cho hiệu suất than cao hơn. Đào thêm 4
đến 6 rãnh có chiều dài khoảng 1 mét quanh hầm than tạo buồng đốt sinh nhiệt ban
đầu cho lò than.
+ Bƣớc 2: Chuẩn bị nhiên liệu củi hầm than, thƣờng là cây rừng có độ ẩm rất cao và
một ít nhiên liệu củi khơ để đốt sinh nhiệt ban đầu.
+ Bƣớc 3: Xếp củi khô vào tâm của lị hầm, sau đó chất củi tƣơi xung quanh, khâu này
đòi hỏi kinh nghiệm của ngƣời chất củi vào lò để có sản lƣợng than cao thì chất củi sao
cho thật chặt giảm khe hở của các thanh củi tối đa (mục đích tăng hệ số dẫn nhiệt và
giảm khơng khí xâp nhập vào hầm quá nhiều).
+ Bƣớc 4: Mồi lửa từ các buồng sinh nhiệt xung quanh hầm than, ngọn lửa sẽ nhanh
chóng len vào tâm của hầm than. Củi hầm than chủ yếu là cây tƣơi nên đòi hỏi vùng
14


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

nhiệt phải đủ lớn để duy trì nhiệt độ trong lị hầm. khi đã chắc chắn vùng nhiệt trong lị
hầm đã ổn định thì lấp đất phủ kín lị hầm lại,chỉ chừa 4 đến 6 lổ nhỏ cho khói thốt ra.
Trong giai đoạn này phải thƣờng xun kiểm tra xem lị có bị tắc khơng, nếu thấy nhiệt
giảm thì phải thơng thêm vài lỗ tại vùng đấy để cho oxy tràn vào duy trì sự cháy, sau

khi đã ổn định thì đắp lại nhƣ bình thƣờng.
+ Bƣớc 5: Khi than chín thì lớp đất phủ sẽ tự xụp xuống để dập than, than chín tới đâu
thì đất xụp xuống tới đấy. Trong giai đoạn này cũng nên kiểm tra để đổ thêm cát vào
hầm than nhằm giảm đi lƣợng than hao hụt do cháy. Than đƣợc làm nguội tự nhiên từ 7
đến 9 ngày thì có thể bốc dỡ đƣợc. Chu trình làm than từ 22 đến 37 ngày tùy theo hầm
than lớn hay bé.
Sản lƣợng của lò hầm này rất thấp khoảng 40% đến 55% sản lƣợng. Khói ở giai
đoạn cacbon hóa chủ yếu là khí CO. Đây khơng những là khí gây ô nhiễm môi trƣờng
mà còn gây ngộ độc cho con ngƣời. Kỹ thuật lị hầm than dƣới lịng đất khơng có hệ
thống xử lý khí thải nên gây nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng đến sức khỏe con
ngƣời và động thực vật xung quanh.
Sơ đồ cấu tạo lò hầm than dƣới lịng đất nhƣ trong hình 1.1 dƣới đây.
Khói ra

Lớp đất phủ

Lớp vật liệu
Khí vào

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu tạo lò hầm than dưới lòng đất [10]
15


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

- Kỹ thuật đốt ủ đống: đây là phƣơng pháp sản xuất than theo cách cổ truyền mà ngƣời
dân vẫn làm là tạo một nhân nhiệt ở giữa, sau đó đổ trùm trấu hoặc rơm rạ mới lên trên
nhân trấu, nhân rơm rạ. Sau khi lớp trấu bên ngồi chuyển thành màu đen thì tiến hành

thêm hơi nƣớc để kết thúc phản ứng cháy [15]. Kỹ thuật này cũng khơng xử lý khí thải
sinh ra nên cũng gây ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời, động
thực vật xung quanh. Sơ đồ cấu tạo đốt than kiểu ủ đống nhƣ trong hình 1.2 dƣới đây.

Hình 1. 2. Sơ đồ cấu tạo kỹ thuật đốt than ủ đống [10]
- Kỹ thuật hầm than xây lị bằng gạch:
Lị hầm than có hình bầu trịn, đƣờng kính chỗ rộng nhất khoảng 7,5 - 8m, cao
chừng 3,5m. Đặc biệt lị xây khơng dùng tới ximăng hay sắt thép, mà chỉ cần bùn non
trộn với cát để kết dính những viên gạch lại với nhau. Sau khi lị đƣợc xây xong để khơ
cứng và tơ chất kết dính tồn bộ bên trong và ngồi thân lị nhằm giữ cho lị khơng cịn
khe hở. Sau đó cất mái nhà che lò, lợp lá bảo vệ lò chịu đƣợc nắng mƣa. Sau khi cơng
đoạn chuẩn bị lị hầm than đã hồn thành, chuyển sang cơng đoạn chuẩn bị củi. Củi
dùng làm than đƣợc cắt với kích thƣớc 0,5m và bóc sạch lớp vỏ ngồi nhƣ vậy củi sẽ
mau nứt ra và dễ hấp thu sức nóng. Sau đó các khúc củi đƣợc xếp vào lò theo từng lớp
nằm chồng lên nhau từ trong ra ngoài cho đến khi đầy lò, cửa vào xếp củi đƣợc xây bịt
16


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

kín lại và kiểm tra xem lị cịn khe hở nào sẽ bịt kín lại. Khi mọi khâu chuẩn bị đã đƣợc
hoàn thành, bắt đầu châm lửa đốt lị. Lị sẽ đƣợc nung nóng liên tục qua 3 giai đoạn.
Giai đoạn đầu từ 4 - 7 ngày, phải đốt lò thật nhiều để duy trì ngọn lửa cao (dân trong
nghề gọi là lửa dƣơng) nhằm tạo sức nóng trong lị. Giai đoạn hai cũng từng ấy thời
gian, là thời điểm “căng thẳng” nhất, phải duy trì “lửa âm”, chụm lị ít hơn nhƣng
khơng đƣợc để lửa tắt, nhằm duy trì hơi nóng cho lị, giữ cho ngọn lửa cứ âm ỉ mãi.
Lúc này củi đã có vẻ khơ, khói và hơi nóng trong lị bốc từ dƣới lên liên tục, nhƣng do
trong lò thiếu oxy nên củi hầm không cháy đƣợc, bắt đầu thành than từ trên xuống.

Cuối cùng là giai đoạn chờ than chín hồn tồn từ 10 đến 15 ngày, dựa vào kinh ngiệm
của ngƣời làm nghề chỉ cần nhìn màu và ngửi mùi khói là biết đã tới lúc “ủ” lị hay
chƣa. Nếu thấy khói lên thành sợi, khơng màu, có mùi “thơm nhƣ khoai lang nƣớng”
chủ lò phải mau mau kêu ngƣời tới phụ dùng gạch và bùn non pha cát bít miệng lị và
bốn ống khói xung quanh lại. Lò đƣợc ủ trong khoảng hai tuần mới nguội hẳn, và lúc
này mới có thể thu than.
Sơ đồ cấu tạo lị hầm than xây bằng gạch nhƣ trong hình 1.3 dƣới đây.

Hình 1. 3. Sơ đồ cấu tạo lị hầm than xây bằng gạch [10]

17


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

Thời gian để cho ra một mẻ than từ khi chất củi vào đến khi ra lò khoảng 35 đến
40 ngày. Mỗi mẻ sản xuất than củi với kích thƣớc lị hầm than nêu trên thu đƣợc
khoảng 15 tấn than thành phẩm có giá trị nên hiện nay tại các tỉnh Đồng bằng sông
Cửu Long có rất nhiều làng nghề sản xuất than củi từ cây đƣớc theo hình thức này.
Có thể nhận thấy các cách ủ than theo kiểu truyền thống đều không có hệ thống
thu gom, xử lý hơi, khói sinh ra nên có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trƣờng và ảnh hƣởng
đến sức khỏe con ngƣời, động thực vật xung quanh. Các kỹ thuật hầm than này đều
mất rất nhiều thời gian và công sức ngƣời lao động để cho ra đƣợc một mẻ than. Sản
phẩm than thu đƣợc có chất lƣợng khơng cao do than chín khơng đều chủ yếu chín phía
ngồi, bên trong vẫn sống vì khơng kiểm sốt đƣợc nhiệt độ, thời gian than hóa mà dựa
vào kinh nghiệm của ngƣời làm nghề là chính. Do vậy các nhà khoa học không ngừng
nghiên cứu ra các kỹ thuật than hóa quy mơ cơng nghiệp để sản xuất đƣợc nhiều than
có chất lƣợng tốt, hạn chế khí thải ra, ít gây ảnh hƣởng đến mơi trƣờng xung quanh.

1.3.1.2.2. Kỹ thật sản xuất than hiện đại
- Lị than hóa liên tục gia nhiệt trực tiếp:
+ Lò quay nghiêng: dùng than hóa gỗ, phế phẩm ngành gỗ, tre nứa và thực vật
Lị dài 10 m đƣờng kính 1,2 m đặt nằm nghiêng với góc nghiêng 30, tốc độ quay
3 đến 4 vịng/phút nhờ mơ tơ điện. Vật liệu đƣợc xử lý tới kích thƣớc 2 đến 3cm cho
liên tục vào cửa nạp cịn khí nóng đƣợc đi ngƣợc chiều với vật liệu và đƣợc gia nhiệt
bằng gas duy trì nhiệt độ khoảng 500 – 5500C. Thời gian lƣu trong lò 1,5 – 2 giờ tạo ra
than và than đƣợc thu liên tục, tự động tại cuối lị quay nghiêng (hình 1.4). Khí, hơi
thốt ra khỏi lị đƣợc dẫn vào bộ phận làm lạnh. Tại đây hydrocacbon nhẹ và dầu nhẹ
đƣợc ngƣng tụ, thu hồi chƣng cất phân đoạn đƣợc các chất dạng lỏng. Sơ đồ cấu tạo lò
quay nghiêng sản xuất than liên tục với hình thức gia nhiệt trực tiếp nhƣ thể hiện trong
hính 1.4 dƣới đây.

18


Viện KH & CNMT

Vào
liệu

Luận văn Thạc sĩ

Khí
thải
Lị quay

Gas
Mơ
tơ

Con lăn

Than ra

Hình 1. 4. Sơ đồ cấu tạo lò quay nghiêng dùng than hóa liên tục [ 4]
+ Lị đứng: dùng than hóa các vật liệu hữu cơ có kích thƣớc nhỏ
Lị đƣợc thiết kế dạng hình trụ đứng, vật liệu đƣợc cắt, nghiền nhỏ nạp vào liên
tục từ trên xuống dƣới nhờ các tay gạt bên trong lị, hơi khí nóng đi ngƣợc từ dƣới lên.
Khi vật liệu đi xuống đến đáy lò sẽ tạo thành than và đƣợc tự động cho ra bằng một
cửa riêng. Sơ đồ cấu tạo lò đứng sản xuất than liên tục nhƣ trong hình 1.5 dƣới đây.

Hình 1. 5. Sơ đồ cấu tạo lị đứng than hóa liên tục [10]
19


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sĩ

- Lị than hóa gián đoạn gia nhiệt gián tiếp:
+ Lò buồng dạng dài:
Lò đốt đƣợc thiết kế làm 2 buồng, buồng phía trong đƣợc chứa vật liệu cần sản
xuất than không tiếp xúc với lửa, buồng bên ngoài dùng để chứa các vật liệu đốt tạo
nhiệt. Khi vật liệu ở buồng ngoài cháy sẽ tạo ra nhiệt lƣợng lớn chuyển hóa cacbon từ
vật liệu hữu cơ ở khoang trong thành than sinh học. Phản ứng cháy của lị đốt kiểu này
có thể xảy ra trong thời gian khoảng 4h [15]. Lị than hóa bằng gia nhiệt gián tiếp có
thế than hóa đƣợc các loại vật liệu hữu cơ tƣơi hoặc khô nhƣ cành lá, thân cây gỗ
khơng cần bóc vỏ theo kích thƣớc từng loại, sử dụng công nghệ của Nhật Bản đang
đƣợc thịnh hành tại tỉnh Bình Định. Sơ đồ cấu tạo của lị nhƣ trong hình 1.6 dƣới đây.

Hình 1. 6. Lị than hóa dạng dài gia nhiệt gián tiếp [10]
+ Lị buồng dạng hình trụ:
Lị có hai bộ phận tách rời là lị chứa hình trụ gia nhiệt từ phía dƣới và thùng
chứa vật liệu than hóa hịnh trụ có nắp đậy kín và có lỗ thốt khí trên nắp. Sau khi vật
liệu đƣợc chứa đầy trong thùng chứa, đậy nắp và dùng cẩu đặt vào trong lị hình trụ để
nhiệt phân bằng cách gia nhiệt gián tiếp ở nhiệt độ 500 – 6000C, thời gian nhiệt phân
20