Sự phù hợp của chất thải rắn đô thị trong các thành phố ở châu phi về chất thải nhiệt hóa chuyển đổi thành năng lượng trường hợp của harare thành phố metropolitan, zimbabwe

Sự phù hợp của chất thải rắn đô thị trong Các thành phố ở Châu Phi về chất thải
nhiệt hóa chuyển đổi thành năng lượng: Trường hợp của Harare Thành phố
Metropolitan, Zimbabwe.
1. Giới thiệu
Ngày càng có nhiều quốc gia đang phát triển cho thấy khuyến khích thu hồi năng lượng
từ chất thải rắn đô thị (MSW). Trong khi Mỹ, EU và một số quốc gia châu Á được chọn
có thành công trong lĩnh vực này, công nghệ từ chất thải thành năng lượng (WtE) gies
vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn ở hầu hết các thành phố châu Phi (Scarlat và cộng
sự, 2015). Cho đến nay, chỉ một số ít thành công được ghi nhận trong việc thế hệ
(Namibia, Nigeria, Nam Phi) và khí bãi rác (LFG) thành điện (Mauritius, Nam Phi)
(Amsterdam và Thopil, 2017; Ogunjuyigbe và cộng sự, 2017). Một số, như Cameroon,
chỉ có thể thu hồi và làm bùng phát khí mê-tan sinh học từ CTRSH các bãi chơn lấp chủ
yếu vì lý do an tồn và mơi trường (Roopnarain và Adeleke, 2017). Đối với đốt CTRSH
(MSWI), không có chức năng nhà máy tional vẫn chưa được thành lập. MSWI đầy hứa
hẹn đầu tiên nhà máy vẫn đang được xây dựng ở Addis Ababa (Năng lượng Thế giới Hội
đồng (WEC), 2016). Khơng nghi ngờ gì nữa, nhu cầu đầu tư và kỹ thuật của WtE các hệ
thống như một lựa chọn để xử lý CTRSH là một trong những hệ thống chính con trai vì
việc chậm áp dụng WtE ở các thành phố Châu Phi, đặc biệt là nơi có sẵn đất để xây dựng
các bãi chơn lấp và giá rẻ (Amsterdam và Thopil, 2017). Ngoài ra, đối với hầu hết Các
thành phố ở Châu Phi, dữ liệu cập nhật liên quan đến chất hóa học teristics của MSW
được tạo ra là thiếu, điều này làm cho chúng về mặt kỹ thuật không được chuẩn bị cho
WtE. Thu gom rác thải truyền thống và con đường thải bỏ phổ biến ở Châu Phi, mặc dù
có rất nhiều những thiếu sót. Trên tồn thế giới, mục tiêu của hiện đại quản lý chất thải đã
chuyển từ xử lý chất thải sang cung cấp cho nền kinh tế những nguyên liệu thô thứ cấp và
phục hồi năng lượng mạnh mẽ, vì lý do đó WtE đã trở thành một sự đổi mới của lãi
(Malinauskaite và cộng sự, 2017). Để hỗ trợ q trình chuyển đổi nhanh chóng theo
hướng này, năng lượng và vật liệu thu hồi từ chất thải luồng phải được quảng bá. Các ước
tính quan trọng về năng lượng MSW tiềm năng địa chất đã được thực hiện ở toàn cầu và
lục địa châu Phi cấp bởi Vlaskin (2018) và Scarlat et al. (2015), tương ứng, và công việc
của họ xứng đáng được theo dõi với các quốc gia cụ thể các đánh giá. Trong khi mục tiêu
chính của WtE là chất thải kinh nghiệm quốc tế đã chỉ ra rằng WtE có thể là một nguồn

năng lượng tái tạo để tăng cường các nguồn cung cấp thông thường plies (Lombardi và


cộng sự, 2015; Mutz và cộng sự, 2017; WEC, 2016). Trong nghiên cứu được mô tả trong
bài báo này, Harare, một người châu Phi điển hình thành phố, được chọn làm nghiên cứu
điển hình và MSW được lấy mẫu và được kiểm tra bằng cách sử dụng phương pháp luận
tiêu chuẩn để báo cáo dữ liệu về các đặc tính nhiệt hóa của nó lần đầu tiên và để ước tính
tiềm năng năng lượng của nó. Bài báo này được cấu trúc như sau: đầu tiên, trình bày
phương pháp luận sau khi kiểm tra CTRSH. Các đặc tính nhiệt hóa và hàm lượng năng
lượng của CTRSH là được báo cáo tiếp theo và so sánh với các báo cáo từ các thành phố
và khu vực trong và bên ngoài châu Phi. Một cuộc thảo luận chuyên sâu được cung cấp
cho quỷ chiến lược khả năng ứng dụng của công nghệ WtE nhiệt hóa chính cơng nghệ
(thiêu đốt, khí hóa và nhiệt phân) cho trường hợp đang được điều tra, bao gồm các mô
phỏng lý thuyết về năng lượng các tiềm năng phục hồi. Ở cấp địa phương, mục tiêu chính
của đánh giá này là để hỗ trợ những nỗ lực của Zimbabwe trong việc kết hợp WtE vào Hệ
thống quản lý chất thải nạo lần đầu tiên cung cấp dữ liệu về các đặc tính vật lý và hóa học
của CTRSH.Nhìn chung, người ta hy vọng rằng nghiên cứu sẽ hỗ trợ trong việc kích
thích hơn nữa tăng trưởng của WtE ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở Châu Phi.
2. Nguyên liệu và phương pháp
2.1. Khu vực nghiên cứu
Thành phố Thủ đô Harare (sau đây gọi là Thành phố Harare) nằm ở phía đơng bắc của
Zimbabwe và là thủ đô của đất nước cũng như trung tâm hành chính và thương mại của
nó. Mặc dù địa lý nhỏ của nó diện tích đồ họa khoảng 961 km 2 , có 2,5 triệu người, đại
diện cho 49,5% dân số thành thị (Zimbabwe National Báo cáo thống kê, 2012). Trong
nghiên cứu hiện tại, MSW đã được lấy mẫu thông qua mô tả chất thải cuối đường ống về
ba chất thải các bãi thải nằm ở Harare, Chitungwiza và Epworth. Trong Năm 2016,
Zimbabwe ước tính tạo ra ít nhất 1,9 triệu tấn MSW từ các khu dân cư, thương mại và
công nghiệp (Cơ quan Quản lý Môi trường (EMA), 2016). Riêng thành phố Harare đã tạo
ra 371.697 tấn MSW, 90% được ước tính là có thể tái chế hoặc tái sử dụng (A Phân tích
tình hình quản lý chất thải rắn ở Zimbabwe Trung tâm đô thị, 2013). Trong số rác thải

này, 49% được chính thức thu gom để vứt bỏ, 13,6% được tái chế, 4,1% bị vứt bỏ bừa bãi
trong môi trường, trong khi 37,6% bị đốt cháy hoặc chôn lấp tại nguồn (EMA,
2016). Theo các cuộc khảo sát do EMA thực hiện trong Năm 2016 và 2017, thu gom
CTRSH ở Harare giảm từ 52% năm 2011 lên 48,7% vào năm 2016 (EMA, 2016). Điều
này dẫn đến sự tích tụ nhanh chóng chất thải đang chờ thu gom hàng ngày ở hầu hết các


khu vực của thành phố (Hình 4 trong Phụ lục 1). Ba cách xử lý chất thải chính thức các
địa điểm (Pomona, Golden Quarry và Chitungwiza) kém về con người các bãi rác lâu
năm không được bảo vệ thiếu các cơ chế để ngăn chặn sự rị rỉ khơng thấm vào mạch
nước ngầm. Người Zimbabwe kế hoạch của chính phủ để xây dựng một bãi chôn lấp hợp
vệ sinh mới đi vào hoạt động vào cuối năm 2018 (Zimbabwe Integrated Solid Kế hoạch
Quản lý Chất thải, 2014). Mặc dù đạt được quan trọng lợi ích trong việc tái chế, đặc biệt
là đối với nhựa và giấy gợn sóng (Hình 5 trong Phụ lục 1), thành phố vẫn phải đối mặt
với những thách thức nghiêm trọng trong đối phó với số lượng chất thải ngày càng tăng.
Việc quản lý CTRSH kém đã khiến chính quyền Zimbabwe đề cập đến việc lập một kế
hoạch quản lý tổng hợp chất thải rắn mới (sau đây gọi là ISWMP), được công bố vào
tháng 7 năm 2014 (GOZ, 2014). Kế hoạch nêu bật một số chiến lược can thiệp, trong đó
có thu hồi năng lượng từ CTRSH. Cho dù bước quan trọng này, dữ liệu để hỗ trợ việc
triển khai kế hoạch về vấn đề này khơng có sẵn. Cơng việc hiện tại, do đó, thể hiện một
bước quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu đó để cho phép ra quyết định sáng suốt.
2.2. Thu thập mẫu, chuẩn bị và phân tích tiếp theo
Để có được một mẫu đại diện cho việc phân tích các thơng số vật lý và hóa học liên quan
đến thu hồi năng lượng, Tiêu chuẩn Hoa Kỳ về Thử nghiệm và Vật liệu (ASTM) tiêu
chuẩn D5231-92 (ASTM, 2016) được tuân theo trong lấy mẫu từ ba trang web. Ở
Zimbabwe, tháng Bảy đánh dấu sự kết thúc của mùa đông, mà nói chung là lạnh và
khơ. Ảnh hưởng của mưa biển con trai do đó phần lớn bị loại khỏi nghiên cứu. Ba mươi
tám (38) mẫu được thu thập và phân loại thành 11 loại (Xem Bảng S1 trong Tài liệu bổ
sung). Từ những điều này, trả lời các mẫu gửi được tách ra và sấy khô trong tủ sấy (ở 90
± 2 ° C cho đến khi đạt được một trọng lượng khơng đổi) sau đó chúng được tạo thành

lơng nhiệt được chuẩn bị cho các thí nghiệm đo nhiệt trọng lượng (TG) thông qua cắt
nhỏ, nghiền và sàng. Độ ẩm (MC) được xác định theo phương pháp do người Ailen nêu
ra EPA (Quy trình Đặc điểm Chất thải Đô thị, 1996). Các kỹ thuật tiêu chuẩn để thực hiện
phân tích TG trên MSW / mẫu sinh khối dựa trên ASTM E872-82 (2013a) và ASTM
E1756-05 (2015) đã được theo dõi để có được các giá trị cho chất bay hơi, cacbon cố
định và hàm lượng tro của hoàn nguyên mẫu. Phân tích cuối cùng được thực hiện bằng
cách sử dụng CHNS / O ele máy phân tích tâm thần (PerkinElmer, 2400 series II, Utah,
USA). Phân tích clo được thực hiện bằng cách sử dụng huỳnh quang tia X Máy đo phổ
(XRF) (PW2400, Philips, Hà Lan). Proce dure tuân theo ASTM E1621-13, Hướng dẫn


tiêu chuẩn cho nguyên tố phân tích bằng quang phổ huỳnh quang tia X tán sắc bước sóng
etry (ASTM 2013b).

Hình 1. Thành phần vật chất của CTRSH tại Thành phố Harare năm 2016 và 2017 so với
trung bình đơ thị toàn quốc năm 2011 (số liệu nguồn: 2011-2016, EMA (2016); 2017,
nghiên cứu hiện tại)
Phân tích hàm lượng năng lượng Giá trị gia nhiệt biểu thị lượng nhiệt tỏa ra trong quá
trình sự đốt cháy một lượng nhiên liệu cụ thể khi so sánh với đơn vị trọng lượng hoặc thể
tích của nhiên liệu (Basu, 2010). Đối với MSW, giá trị nhiệt thấp hơn trên cơ sở ẩm ướt
(LHV wb ) là giá trị cao nhất cho đến nay thước đo quan trọng về giá trị của nó như một
loại nhiên liệu vì dựa trên nhiệt Các quy trình WtE phải tiêu tốn năng lượng để loại bỏ
mois cố định trong nguyên liệu trước khi nhiệt hữu ích được thu hồi từ buồng đốt
(Komilis và cộng sự, 2014). Trong nghiên cứu hiện tại, Hàm lượng năng lượng của các
mẫu hoàn nguyên được xác định bằng đo trực tiếp bằng IKA C5000 (IKA-Werke GmbH
& Co, Germany) điều khiển nhiệt lượng kế bom thông qua phương pháp com mềm dẻo
với ASTM 5468 và cũng được ước tính từ cuối cùng dữ liệu phân tích sử dụng phương
trình Dulong đã sửa đổi (Hosokai và cộng sự, 2016) để so sánh các kết quả. Chi tiết về
các phân tích này và chuyển đổi tiếp theo sang LHV wb đã được đưa vào Tài liệu bổ
sung. Cho rõ ràng, tính tốn ví dụ về tiềm năng năng lượng cũng đã được cung cấp.

3. kết quả và thảo luận
Thành phần vật lý của CTRSH Thành phần vật chất của CTRSH tại Thành phố Harare
(Hình 1) phản ánh của nhiều thành phố có thu nhập thấp và trung bình, nơi phần hữu cơ
chiếm phần lớn hơn (Hoornweg và Bhada-Tata, 2012). Tổng thông lượng MSW tăng gần


gấp đôi trong khoảng thời gian bảy năm với sự gia tăng tỷ trọng của chất hữu cơ, trong
khi chất hữu cơ tái chế (giấy, nhựa, kim loại và kính) bị rơi. Dữ liệu bổ sung được thu
thập cho thấy đã tăng tái chế từ 3% năm 2011 lên 13,6% năm 2017, nhiều nhất lợi ích
quan trọng được thực hiện trong tái chế giấy gợn sóng. Hiểu được xu hướng này là rất
quan trọng đối với việc lập kế hoạch WtE nhiệt như sự không đồng nhất của CTRSH làm
nguyên liệu thường xuất hiện những thách thức kỹ thuật đối với các ứng dụng nhiệt
(Komilis et al., 2014). Chất bẩn incombustibles đại diện cho các chất gây ô nhiễm phải
loại bỏ trước khi xử lý nhiệt hoặc, trong trường hợp đốt tion, thu hồi từ tro đáy.
Từ Hình 1, lập kế hoạch xử lý WtE nhiệt cho trường hợp đang được điều tra có thể xem
xét một phần từ 70-80% trọng lượng. Một số thành phố ở Châu Phi có so tỷ lệ rác dễ
cháy, ví dụ Accra, Ghana (89 trọng lượng), Abeokuta, Nigeria (86,3 trọng lượng) và
Onitsha, Nigeria (83,1 wt%) (Miezah và cộng sự, 2015; Ogunjuyigbe và cộng sự,
2017). Trong này về vấn đề, thành phố cũng so sánh tốt với nhiều khu vực xung quanh
thế giới nơi các hệ thống WtE đã thành cơng (Hình 2).
Chất thải gỗ không đáng kể trong tất cả các năm từ 2011-2017. Ở hầu hết các Các nước
Châu Phi, gỗ không được coi là chất thải và được sử dụng như năng lượng sinh khối để
sưởi ấm sơ cấp do năng lượng điện lớn thâm hụt (Scarlat và cộng sự, 2015). Tỷ trọng
chất dẻo (13,4%) là trên 8%, mức trung bình của các nước thu nhập thấp (Hoornweg và
Bhada-Tata, 2012), cung cấp khả năng bắt lửa tốt cho MSW vì chúng có thể có giá trị gia
nhiệt lên đến 40 MJ kg −1 (Zhou và cộng sự, 2015). Hạn chế với nhựa là khả năng tái chế
hấp dẫn của chúng tiềm năng, làm cho khả năng sẵn có lâu dài của chúng đối với WtE
nhiệt ứng dụng rất khó dự đốn (Schwarzbưck và cộng sự, 2016).
Hàm lượng ẩm khi loại bỏ
Bảng 1 trình bày dữ liệu bị loại bỏ MC cho Thành phố Harare. Nhưdự kiến, chất thải thực

phẩm được ghi nhận là MC cao nhất. Trong lĩnh vực này khảo sát, ghi nhận rằng hầu hết
chất thải thực phẩm được vứt bỏ trong túi nhựa, điều này càng giúp nó giữ được MC
cao. Bởi vì ảnh hưởng của mùa khơ, các thành phần chất thải cịn lại tương đối khơ, do
đó MC tổng thể thấp. Nó được mong đợi rằng một MC tổng thể trên 45% sẽ được ghi lại
trong mùa mưa do tỷ lệ chất thải xanh cao hơn và sự xâm nhập của nước mưa. Điều này
có thể làm giảm đáng kể tổng thể hàm lượng năng lượng của CTRSH. Vì lý do này, sự
chuyển hướng của thực phẩm.


Hình 2. Tổng thành phần dễ cháy (* bao gồm cả phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị
[OFMSW]) và chất không cháy được phần nhỏ cho các thành phố và khu vực khác nhau
bao gồm cả Hoa Kỳ. Nguồn dữ liệu: a, nghiên cứu hiện tại; b, Nordi và cộng sự. (2017);
c, Hla và Roberts (2015); d, Eddine và Salah (2012); e, Siddiqui và cộng sự. (2017); f,
EPA (2016); Malinauskaite và cộng sự. (2017). Tất cả các phân số đều là% wt.
Bảng 1. Hàm lượng ẩm được loại bỏ đối với các thành phần chất thải khác nhau

Bảng 2. Kết quả phân tích gần đúng và cuối cùng của các mẫu trên cơ sở khô


chất thải để xử lý sinh hóa (chẳng hạn như phân hủy kỵ khí [AD] hoặc ủ phân) trong khi
tận dụng chất thải còn lại để làm nhiệt chuyển đổi mal sẽ mang lại mức tăng thu hồi năng
lượng tối ưu. Hơn nữa, các biện pháp để giảm sự xâm nhập của nước mưa trong mùa
mưa có thể được kết hợp trong cả việc thu gom và xử lý chất thải cơ sở vật chất tuổi
nhằm giảm thiểu dao động MC. MC điển hình phạm vi cho các thành phố trong khu vực
đã được Eddine báo cáo và Salah (2012), Ogunjuyigbe và cộng sự. (2017) và Roopnarain
và Adeleke (2017).
Thành phần hóa học của CTRSH
Dữ liệu từ phân tích gần nhất và cuối cùng cho thấy rằng chất thải có tiềm năng oxy hóa
cao (9,8 trọng lượng% tro dễ cháy phần, 31,2% trọng lượng toàn bộ luồng MSW) (Bảng
2). Hơn nữa, proxi- được chuẩn hóa giá trị cơ bản của độ ẩm, tro và các chất dễ cháy

(chất bay hơi và cacbon cố định) được vẽ vào sơ đồ Tanner để tự kết hợp khả năng vận
hành của CTRSH khi không có nhiên liệu phụ (Hình 3). Khi các giá trị được vẽ trên đồ
thị của các mẫu nằm trong vùng bóng mờ Makarichi và cộng sự

Hình 3. Sơ đồ Tanner cho khả năng tự cháy của MSW. Nguồn dữ liệu: a, nghiên cứu hiện
tại; b, d, e, Lu và cộng sự. (2017); NS,


Suthapanich (2014). Lưu ý: Thành phố Harare (mẫu) biểu thị CTRSH không bao gồm
các chất không cháy
Bảng 3. Hàm lượng năng lượng phân tích kết quả

khu vực (trong đó MC ⩽ 50% trọng lượng, tro ⩽ 60% trọng lượng và các chất dễ cháy
⩾25 wt%), MSW có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiệt phiên bản mà không
yêu cầu nhiên liệu bổ sung (Komilis et al., 2014). Kết quả cho thấy CTRSH từ Harare có
thể được xử lý nhiệt mà không cần thêm nhiên liệu và so sánh tốt với các thành phố và
khu vực khác nơi WtE đã thành công. Kết quả cũng cho thấy nồng độ nhỏ của lưu huỳnh
giữa 0,74 và 0,85% trọng lượng trên cơ sở khô và các giá trị nitơ giữa 1,43 và 2,65 trọng
lượng%. Dấu vết của Cl cũng được phát hiện. Những gợi ý một khả năng cao về sự hiện
diện của khí axit trong kết quả thải khí thải của nhà máy điện. Vì lý do này, lập kế hoạch
WtE phải bao gồm việc lắp đặt các hệ thống xử lý khí thải tiêu chuẩn trong để tuân thủ
các quy định hiện hành về khí thải.Nên đánh giá thêm để dự đốn chính xác hơn tions
liên quan đến phát thải khơng khí.
Hàm lượng năng lượng của MSW
Bảng 3 cho thấy wb LHV trung bình của tồn bộ MSW từ Thành phố Harare được tìm
thấy là 10,1 MJ kg −1 bằng cách đo trực tiếp nhẩm và 9,3 MJ kg −1 bằng cách ước
lượng. Hosokai và cộng sự. (2016) con đề cập rằng trong ước tính hàm lượng năng lượng
cho nhiên liệu rắn,
Bảng 4. Tổng quan về các công nghệ WtE nhiệt hóa chính áp dụng cho nghiên cứu hiện
tại.

Các thành phần không cần loại bỏ trước khi xử lý nhiệt. † Đối với MSWI, các giá trị
dành cho một thiết kế thận trọng với khả năng xử lý lên đến 200.000 tấn năm -1 , thông
số hơi 400 ° C, 45 bar.
Sự thay đổi 10% có thể chấp nhận được đối với hơn 770 loại nhiên liệu rắn mà họ đã
đánh giá. Do đó, điều này xác nhận rằng các kết quả được báo cáo trong nghiên cứu này
là các ước tính có thể chấp nhận được về hàm lượng năng lượng cho MSW tại Thành phố
Harare. LHV cao hơn mức trung bình cho các quốc gia phát triển. Lý do có thể gấp
đơi. Đầu tiên tỷ lệ chất dẻo cao (với MC thấp và nhiệt lượng cao giá trị) mang lại hàm
lượng năng lượng tổng thể cao (Schwarzböckvà cộng sự, 2016). Việc loại bỏ nhựa trước
khi xử lý là rất thấp Zimbabwe, do đó một tỷ lệ lớn nhựa được gửi đến các bãi xử lý chất
thải. Thứ hai, việc lấy mẫu được tiến hành trong thời kỳ tương đối khô hạn ở Zimbabwe,
điều này đã làm giảm MC tổng thể của chất thải. Vì những lý do này, WtE cuối cùng các
giai đoạn lập kế hoạch phải tính đến tình huống xấu nhất nơi MC cao hơn và nơi tái chế
nhựa chất thải được tối ưu hóa.
Các nghiên cứu tương tự ở các quốc gia châu Phi được chọn cũng đồng tình rằng, trong
khi LHV tổng thể trung bình cho MSW có thể thấp tới 5,0- 6,0 MJ kg −1 , những người ở
trung tâm đô thị có giá trị nhiệt lượng cao hơn ues, ví dụ Addis Ababa, Ethiopia (12,0 MJ


kg −1 ), Nam Châu Phi (7,0 MJ kg −1 ) và các thành phố phía nam và phía bắc của
Nigeria (13,1 và 11,9 MJ kg −1 , tương ứng) (Amsterdam và Thopil,
Năm 2017; Cambridge Industries Energy, 2017; Ogunjuyigbe và cộng sự, 2017).
Tính phù hợp của MSW đối với WtE cụ thểcơng nghệ nhiệt hóa
Cho rằng lưu lượng MSW hiện tại được ước tính là 421.757 tấn năm -1 , và khoảng
11,1% được hấp thụ bởi tái chế (EMA, 2016), với LHV là 10,1 MJ kg −1 năng lượng
tiềm năng di truyền của chất thải này được ước tính là 3,8 × 10 6 GJ. Trong thực tế, tuy
nhiên, khơng phải tất cả tiềm năng này đều có thể được chuyển đổi thành năng lượng hữu
ích. Sản lượng năng lượng thực tế sẽ phụ thuộc vào nhiệt Công nghệ WtE được chọn,

công suất xử lý được lắp đặt, và hiệu quả của quy trình liên quan. Bảng 4 cho thấy các
yêu cầu cơ bản- ments, quá trình chuyển đổi nhiệt hóa và các sản phẩm cho các cơng
nghệ được thảo luận trong các phần sau. Trong phòng đang thảo luận, một nhà máy điển
hình với cơng suất 500 tấn ngày −1 được giả định là đại diện cho một cơ sở quy mơ trung
bình.
Đốt (MSWI) có thu hồi năng lượng
Đốt CTRSH (MSWI) hiện là một trong những các tùy chọn WtE đã qua sử dụng và hồn
thiện về mặt cơng nghệ (Beyene et al., 2018). Nó đã được áp dụng thành công ở nhiều
quốc gia, đặc biệt là nơi khan hiếm đất để xây dựng các bãi chôn lấp mới và đắt tiền. Các
quốc gia dẫn đầu về năng lực bao gồm Trung Quốc, và Makarichi và cộng sự. hầu hết các
quốc gia thành viên EU bao gồm Đức và Pháp (Makarichi và cộng sự, 2018). Bất chấp
tranh cãi do khí thải phát thải, MSWI cung cấp nhiều lợi thế bao gồm cả khối lượng chất
thải giảm ume 90% và giảm 70% khối lượng (Beyene và cộng sự, 2018). Công suất xử lý
lên đến 1500 tấn ngày -1 ở nhiều nước Châu Á và Châu Âu (WEC, 2016).
Trong MSWI, sản xuất năng lượng đạt được bằng cách phục hồi một phần nội dung nhiệt
của các sản phẩm đốt cháy, thường thơng qua việc sử dụng máy tạo hơi nước tích hợp với
lị đốt (Lombardi và cộng sự, 2015). Cấu hình quy trình MSWI có thể chỉ nhiệt' (u cầu
hơi bão hịa), 'chỉ điện' hoặc 'kết hợp nhiệt và cơng suất '(CHP). Trong cả cấu hình nguồn
và CHP, hơi quá nhiệt phải được tạo ra và cung cấp cho hơi tuabin trong một chu trình
Rankine (Brown, 2011; Vlaskin, 2018). Các tiêu thụ năng lượng điện của các hệ thống
MSWI thay đổi tùy thuộc chủ yếu dựa vào chất lượng của nguyên liệu và phạm vi giữa


20-150 KWh tấn -1 MSW (Chang và cộng sự, 1998; Rajcoomar và Ramjeawon,
2017; Tang và cộng sự, 2013). Trong trường hợp LHV là thấp hơn 6,0 MJ kg −1 hoặc
MC của nguyên liệu nạp quá mức cao, ngoài năng lượng điện đầu vào, cần bổ sung thêm
một nhiên liệu phụ trợ chẳng hạn như dầu diesel để cải thiện quá trình đốt cháy (Tang
và cộng sự, 2013). Điều này làm cho tổng chi phí đốt rác rất cao và làm giảm hiệu suất
kinh tế của hệ thống MSWI. Mạng lưới năng suất năng lượng của hệ thống MSWI nằm
trong khoảng từ 350-600 KWh tấn -1 MSW phụ thuộc chủ yếu vào LHV của nguyên liệu

và hiệu quả của nhà máy (Panepinto và Zanetti, 2018; Rajcoomar và Ramjeawon,
2017; WEC, 2016). MSW đốt ống xoắn sử dụng các thông số hơi trong khoảng 0,7-13,0
MPa, 250-520 ° C. Lu và cộng sự. (2017) cho thấy 55-70% MSWI ở EU và Hoa Kỳ, sử
dụng các thông số hơi trong khoảng 3,8-5,3 MPa, 350-449 ° C.
Hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí (APC) cho MSWI đã được cải thiện đáng kể kể từ
khi WtE ra đời. SO 2 và HCl loại bỏ có thể đạt gần 100% thông qua chà ướt và nửa khô
(Dal Pozzo và cộng sự, 2016). NO x công nghệ loại bỏ bao gồm hầu hết khử xúc tác chọn
lọc (SCR) và không xúc tác chọn lọc giảm (SNCR). Các kỹ thuật loại bỏ hạt bao gồm
việc sử dụng bộ lọc vải, kết tủa tĩnh điện hoặc sự kết hợp của cơng nghệ niques (Brown,
2011). Q trình loại bỏ Dioxin đã được cải thiện hơn 90% kể từ những năm 1980 do sự
nghiêm ngặt ngày càng tăng trong quy định của APC tions (Zhan và cộng sự, 2016). Bất
chấp những cải tiến kỹ thuật lớn này ments, tuy nhiên, hệ thống MSWI không thể tự tài
trợ đầy đủ và phải được hỗ trợ bởi các nguồn doanh thu khác như cổng phí, trợ cấp và
thuế nhập khẩu đối với năng lượng bán ra (Mutz et al., Năm 2017; Panepinto và cộng sự,
2015; WEC, 2016). Một nghiên cứu về MSWI các nhà máy ở các nước châu Á đang phát
triển kết luận rằng vốn và yêu cầu chi phí hoạt động cho mỗi tấn chất thải dừng lại trong
năm 2015 trung bình lần lượt là 81.880 đô la Mỹ và 20 đô la Mỹ (Aleluia và Ferrão,
2017). Vì những lý do này, quảng cáo Quy hoạch lắp đặt MSWI phải đòi hỏi tính kinh tế
kỹ lưỡng đánh giá khả năng sinh sản.
Ở Zimbabwe, MSWI đã được áp dụng cho quá trình trơ hóa chất thải chăm sóc sức khỏe
khơng có khả năng thu hồi năng lượng (EMA, 2016; GOZ, 2014). Giới hạn tối thiểu được
đề xuất cho MSWI thương mại hóa là 50.000 tấn năm −1 nguồn cung cấp nguyên liệu thô
khả năng, với LHV là 7,0 MJ kg −1 (không bao giờ nhỏ hơn 6,0 MJ ở bất kỳ lúc nào)
(Rand và cộng sự, 1999). Do đó, MSW đã kiểm tra trong nghiên cứu hiện tại đáp ứng
giới hạn này và từ một kỹ thuật quan điểm, MSWI có thể áp dụng. Hơn nữa, tổng thể


MSW MC làm cho nó thích hợp để đốt cháy hàng loạt trên một tấm ghi chuyển động, đặc
biệt là quan trọng nếu chất thải thực phẩm có thể được phân loại tại nguồn. Định kỳ Tuy
nhiên, giám sát các thay đổi trong CTRSH là cần thiết, và sự thay đổi theo mùa trong MC

cũng phải được xem xét đầy đủ.
Một nhà máy MSWI quy mô vừa với công suất 500 tấn ngày -1 sẽ làm giảm tổng lượng
MSW đến lưu lượng bãi chôn lấp ở Harare bằng một nửa và tạo ra năng lượng điện ước
tính 102,4 GWh cho mỗi năm giả sử hiệu suất nhiệt 20% (Beyene và cộng sự, 2018).
Mức tiêu thụ năng lượng điện trung bình hàng năm của Zimbabwe 8200 GWh (40%
trong số đó được tiêu thụ bởi ngành công nghiệp) (Quốc tế Cơ quan Năng lượng (IEA),
2017). Về mặt ISWMP, Zimbabwe nhằm cung cấp 10% nhu cầu năng lượng của các cơ
sở được chọn vào năm 2020 thông qua xử lý CTRSH (GOZ, 2014). Từ ước tính trên, sản
lượng năng lượng rịng (khoảng 87 GWh năm −1 ) có thể đáp ứng 3,2% nhu cầu điện
hàng năm của quốc gia cho các lĩnh vực tiềm năng hoặc 6,4% yêu cầu hàng năm cho
thương mại cial / khu vực dịch vụ công cộng. Bảng A2 cho thấy điện hàng năm tỷ trọng
sản xuất năng lượng bằng nhiên liệu ở Zimbabwe. Việc bổ sung MSWI có tác động tổng
thể là tăng tỷ trọng nhiên liệu sinh học và chất thải từ 1,3% đến 2,2%. Đồng lợi ích về khí
hậu bao gồm lợi ích tuổi thọ lâu dài cho các bãi chôn lấp hiện tại và giảm thiểu nhà kính
phát thải khí (GHG) từ các bãi chơn lấp. Ngoài ra, với sự gia tăng Việc chuyển hướng
MSWI, đổ chất thải lộ thiên có thể sẽ diễn ra mạnh mẽ giảm.
Khí hóa với sử dụng khí tổng hợp
Ngồi MSWI, khí hóa và nhiệt phân là hai WtE cơng nghệ đã được thương mại hóa ở
nhiều quốc gia (Beyene và cộng sự, 2018). Ngồi hiện tượng nóng chảy, những nhiệt
các quy trình hóa học được ưu tiên hơn MSWI vì tăng hiệu quả, kiểm sốt khí thải tốt
hơn và tính linh hoạt của các sản phẩm liên kết với họ (Matsakas và cộng sự, 2017). Của
chúngYêu cầu MC nằm trong khoảng 10-20% và, không giống như MSWI ọ phải xử lý
CTRSH đã được xử lý trước (ít nhất là cho đến nay loại bỏ chất trơ, thủy tinh, kim loại,
đá vụn, v.v., xem Bảng 4). Các sản phẩm chính của khí hóa MSW là khí tổng hợp, trong
khi thơng thường nhiệt phân tạo ra dầu sinh học là sản phẩm chính và than sinh học như
một sản phẩm phụ (Basu, 2010).
Mặc dù yêu cầu đầu vào năng lượng lớn so với MSWI, khí hóa có sản lượng năng lượng
rịng cao hơn. Sudibyo và cộng sự. (2017) báo cáo sản lượng điện ròng là 769 KWh tấn 1 và CO 2 . eq 0,803 kg KWh −1 từ quá trình khí hóa MSW thơng thường với nhiệt trị

19,8 MJ kg −1 và MC 40,2%. Plasma gasifi cation có sản lượng điện rịng cao hơn. Điều
chỉnh các giá trị này trong ánh sáng của dữ liệu nhiệt hóa được báo cáo trong nghiên cứu
hiện tại cho sản lượng điện ròng cho MSW ở Thành phố Harare là 656 KWh tấn -1 (khí
hóa thơng thường) và 803 KWh tấn −1 (huyết tương khí hóa)
Nếu các điều chỉnh trên được xem xét, một ngày 500 tấn −1 nhà máy khí hóa sử dụng
MSW ở Thành phố Harare sẽ có một mạng lưới sản lượng năng lượng 119,7 GWh
năm −1 . Điều này sẽ đủ để đáp ứng 8,8% nhu cầu điện cho thương mại của Zimbabwe
và lĩnh vực dịch vụ công cộng hoặc 4,4% điện năng tiêu thụ hàng năm khu vực dân cư
theo mức tiêu thụ điện năng ước tính do IEA báo cáo (2017). 119,7 GWh năm −1 từ khí
hóa thơng thường MSW sẽ làm tăng tỷ lệ sử dụng nhiên liệu sinh học và chất thải để phát
điện ở Zimbabwe từ 1,3% đến 2,5% (xem Bảng A2). Với hiệu quả cao hơn, khí hóa sẽ là
một cơng nghệ WtE được lựa chọn, đặc biệt là nơi mà mối quan tâm về lượng khí thải
quá mức quan trọng nhất. Các thương mại hóa các hệ thống khí hóa không được phổ biến
rộng rãi như MSWI, tuy nhiên, và tỷ lệ lỗi hệ thống vẫn cao khi so sánh với MSWI
(Rajaeifar và cộng sự, 2017). Ít hơn nhiều được áp dụng ngồi phịng thí nghiệm và trên
quy mơ thí điểm là khí plasma hư cấu, mặc dù năng lượng rịng và lợi ích phát thải cao
hơn với mà nó được liên kết.
Nhiệt phân MSW
Dầu sinh học, sản phẩm chính của q trình nhiệt phân, có LHV trong khoảng 13-18 MJ
kg −1 trên cơ sở ướt theo Basu (2010), đồng đều mặc dù các đánh giá mới nhất tại thời
điểm báo cáo hiện tại Nghiên cứu đặt giá trị nhiệt lượng là 38 MJ kg −1 (không chỉ định
cho dù đây là LHV hoặc giá trị gia nhiệt cao hơn (HHV), hoặc trên môi trường ẩm ướt
hoặc cơ sở khô) (Beyene và cộng sự, 2018). Các khí khơng ngưng tụ (thành phần chủ yếu
gồm CO 2 , CO, CH 4 , C 2 H 6 và C 2 H 4 ) có thể có một LHV trong khoảng 11-20 MJ
Nm −3 (Basu, 2010). Mặc dù rất cao LHV, dầu sinh học không tự cháy và phải được
chuyển đổi thành dầu tự cháy đốt cháy nhiên liệu bằng hydrocracking. Tuy nhiên, cơng
nghệ này là được ưa thích do tính linh hoạt của sản phẩm, có thể là một nguồn tốt của các
hóa chất cơng nghiệp hữu ích như phenol. Nơi sản xuất điện, sản lượng ròng của 490
KWh tấn -1 CTRSH đã được xử lý đã được báo cáo (Basu, Năm 2010; Matsakas và cộng
sự, 2017). Trong khi MSW ở đây điều tra thích hợp, như khí hóa, tiền xử lý MSW để thu

được nhiều hơn nhiên liệu đồng nhất làm cho quá trình nhiệt phân tiêu tốn nhiều năng
lượng hơn khi so với MSWI (Basu, 2010).


Các công nghệ mới nổi khác bao gồm carbon thủy nhiệt q trình ion hóa, khí hóa hồ
quang plasma và q trình nung chảy vẫn cịn trong các giai đoạn phát triển và chưa được
thương mại hóa trong hầu hết các các nước phát triển (WEC, 2016).
Triển vọng phục hồi năng lượng từ MSW ở các thành phố tương tự ở Châu Phi
WtE là cần thiết khẩn cấp ở các thành phố Châu Phi để hỗ trợ quản lý chất thải. Hiện
trạng liên quan đến quản lý chất thải ở Châu Phi đã được ghi nhận là nghèo (Couth và
Trois, 2012). Xử lý nhiệt WtE là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho việc hoàn thành đề cập
đến các nỗ lực tái chế và giảm thiểu chất thải (Snyman và Vorster, 2011). Hơn nữa, các
thành phố ở châu Phi có năng lượng điện khổng lồ thâm hụt và bất kỳ nguồn năng lượng
bổ sung nào đều quan trọng. Vlaskin (2018) ước tính tiềm năng năng lượng MSW tồn
cầu là 20 tỷ sư tử gigajoules, và Scarlat et al. (2015) ước tính rằng người châu Phi khu
vực đơ thị là 122 TWh năm -1 trong điều kiện thu gom rác thải tối ưu. Các nghiên cứu bổ
sung có liên quan từ các thành phố Châu Phi được cung cấp tại Bảng S2 (Tài liệu bổ
sung). Nguồn cung cấp toàn cầu hiện tại là bị chi phối bởi nhiên liệu hóa thạch, do đó,
tăng trưởng WtE có thể đóng một vai trị quan trọng khơng có vai trị trong việc tăng tỷ
trọng năng lượng tái tạo (IEA, 2017).
Để đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật đối với WtE, Châu Phi coun cố gắng sẽ phải mở rộng
quy mô quản lý chất thải phổ biến của họ hệ thống và sửa đổi các chính sách quản lý chất
thải nhấn mạnh thu gom và xử lý. Trong một nghiên cứu liên quan đến 20 thành phố
xung quanh thế giới, Wilson và cộng sự. (2012) kết luận rằng, trước khi thông qua công
nghệ WtE hiện đại, mở rộng việc thu gom rác thải cho toàn bộ thành phố và loại bỏ dần
các bãi thải mở là những bước quan trọng đầu tiên cho bất kỳ đơ thị nào. Nhiều thành phố
châu Phi vẫn cịn thiếu chức năng hệ thống quản lý chất thải mà từ đó hệ thống WtE tốt
có thể được phát triển (Scarlat và cộng sự, 2015). Deutsche Gesellschaft für
Internationale Zusammenarbeit, một tổ chức phát triển dựa trên Châu Âu công ty, cung
cấp các hướng dẫn quan trọng để áp dụng WtE trong phát triển lựa chọn và các quốc gia

mới nổi. Các hướng dẫn nhấn mạnh rằng giải quyết vấn đề WtE có nghĩa là đạt đến một
cấp độ mới phức tạp trong một tình huống quản lý chất thải vốn đã nhiều thách thức tion
'(Mutz và cộng sự, 2017, 10-23). Vì lý do này, trước khi quyết định vì WtE cuối cùng đã
được thực hiện, một sự kỹ lưỡng về tài chính, mơi trường và phân tích xã hội phải được
thực hiện. Lý tưởng nhất là mơ tả đặc tính của MSW đánh giá kéo dài cả mùa mưa và
mùa khô được khuyến nghị trong giai đoạn lập kế hoạch WtE cuối cùng.