Luận văn Đánh giá hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ tại Thường tín, Hà nội - Nghiên cứu chế biến thành than sạch

g kim ngạch xuất khẩu về các sản phẩm này. Năm 2011, tổng kim ngạch xuất khẩu gỗ và các sản phẩm gỗ của Việt Nam đã đạt trên 3,9 tỷ USD. Các làng nghề này sử dụng một lƣợng gỗ nguyên liệu tƣơng đối lớn để sản xuất các mặt hàng phục vụ nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu. Năm 2007, các làng nghề chế biến gỗ ở Đồng bằng sông Hồng sử dụng trên 221.600 m3 gỗ trong tổng số 305.600 m 3 gỗ của tất cả các làng nghề cả nƣớc. Nguồn nguyên liệu trong nƣớc chỉ đáp ứng đƣợc 20%; phần còn lại (80%) đƣợc nhập khẩu từ nƣớc ngoài [3] Tính đến năm 2010 cả nƣớc có trên 300 làng nghề gỗ, dự kiến đến năm 2015 sẽ phát triển trên 350 làng nghề. Phân bổ các làng nghề gỗ đƣợc thể hiện theo bảng 1.1: Bảng 1.1: Phân bố các làng nghề chế biến gỗ của Việt Nam năm 2009 Vùng phân bố Tổng làng nghề gỗ Đồng bằng Sông Hồng 130 Đông Bắc 40 Tây Bắc 18 Bắc Trung Bộ 40 Nam Trung Bộ 18 Tây Nguyên 20 Đông Nam Bộ 14 Đồng bằng sông Cửu Long 22 Tổng 302 [3] Tốc độ tăng trƣởng về số lƣợng làng nghề chế biến gỗ trong 5 năm từ 2010 - 2015 khoảng 23%. Mặc dù số lƣợng làng nghề gỗ chỉ chiếm tỷ lệ 6.6% trên tổng số làng nghề (300/4.575), nhƣng giá trị sản xuất và tổng doanh thu của các làng nghề gỗ chiếm 50% tổng giá trị của 6 nhóm làng nghề (32.000 tỷ/69.000 tỷ). Giá trị kim ngạch xuất khẩu của các làng nghề gỗ và lâm sản ngoài gỗ là 200 triệu USD, chiếm 25% tổng số kim ngạch của tất cả làng nghề Việt Nam [8]. Trên 80% đồ gỗ nội thất và đồ gỗ xây dựng trên thị trƣờng nội địa đƣợc sản xuất từ các làng nghề chế biến gỗ. Các làng nghề gỗ đã thu hút đƣợc trên 300.000 lao động làm việc thƣờng xuyên, chiếm 20% số lƣợng lao động của các loại hình làng nghề khác. 5 Đối với các cở sở chế biến, sản xuất gỗ chất thải rắn bao gồm vỏ cây, bìa bắp, cành ngọn, mùn cƣa, phoi bào, bụi gỗ mịn... Ƣớc tính với tỷ lệ sử dụng gỗ khoảng 50% đối với các sản phẩm mộc thì lƣợng phế thải rắn phát sinh là rất lớn. Phần lớn các cơ sở sản xuất nhỏ, phân tán không đầu tƣ thiết bị sấy gỗ thì lƣợng phế thải rắn này đƣợc chƣa thu gom để sử dụng có hiệu quả, mà thƣờng đƣợc đốt tạo ra khí thải gây ô nhiễm môi trƣờng. Mặt khác, nguồn phế thải rắn nếu không quản lý tốt sẽ là một nguy cơ gây cháy cho cơ sở sản xuất. Nếu phát triển cơ sở chế biến gỗ theo quy hoạch, theo từng cụm thì có thể tận dụng tối đa lƣợng phế thải rắn để sản xuất ván dăm, viên đốt, làm giá thể nuôi trồng nấm... Mùn cƣa với thành phần chính là cellulose, là một chất khó tiêu hóa cho con ngƣời, chúng từng đƣợc sử dụng nhƣ là một chất độn trong một số thực phẩm ít calo nhƣ vỏ xúc xích, bánh mì. Với cấu trúc phức tạp mùn cƣa chứa các loại đƣờng lên men có thể đƣợc sử dụng để sản xuất ethanol cellulosic. Việc sản xuất này khó khăn hơn so với việc chuyển đổi thành ethanol từ các chất tinh bột truyền thống nhƣ ngũ cốc. Quá trình sử dụng bao gồm việc thủy phân phá hủy cấu trúc cellulose của mùn cƣa, tiếp theo là thủy phân enzyme để tách chiết đƣờng cho quá trình lên men ethanol. Vấn đề phát sinh bụi mịn tại các công đoạn chế biến từ khâu xẻ đến khâu đánh nhẵn là rất lớn. Nhiều nhà máy chế biến gỗ có quy mô công nghiệp đều bố trí hệ thống thu hồi bụi nhƣng khá đơn giản (xyclon đơn), chỉ có khả năng thu hồi bụi có kích thƣớc lớn mà không có khả năng thu hồi bụi tinh từ các công đoạn chà nhám, đánh bóng. 1.2. Các phƣơng pháp xử lý, quản lý chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ ở Viêt Nam và trên thế giới 1.2.1. Quản lý, xử lý chất thải rắn trong công nghiệp sản xuất gỗ trên thế giới - Nguyên tắc quản lý, xử lý chất thải trên thế giới ngày nay là ƣu tiên sản xuất không chất thải theo thứ tự sau [16] + Sản xuất không chất thải: Điều này chỉ có thể có nếu gỗ không gia công, xẻ hoặc cát, hoặc nếu tất cả các công việc sản xuất bụi gỗ đƣợc khóan ngoài cho nơi làm việc khác với các chƣơng trình kiểm soát toàn diện. 6 + Sử dụng loại gỗ an toàn hơn: Thay thế các loại gỗ nguy hiểm bằng các loại ít nguy hiểm về nguy cơ sức khỏe. Tuy nhiên, có rất ít số liệu có sẵn về mối nguy hại đối với hầu hết các loài. Các sản phẩm có lƣợng phát thải formaldehit thấp hơn có thể đƣợc thay thế cho các sản phẩm với mức phát thải formaldehit cao hơn. + Cô lập chất thải: Công nhân đƣợc không phải làm việc trong khu vực bụi bặm. Trong môi trƣờng sản xuất, công nhân đƣợc mặc quần áo bảo hộ tránh việc tiếp xúc và hít phải các loại bụi mùn cƣa độc hại. Trang thiết bị bảo hộ cá nhân là một giải pháp ngắn hạn để tránh việc tiếp xúc của công nhân với bụi gỗ. Các loại mặt nạ có thể đƣợc đeo để loại bỏ các hạt bụi độc hại (bụi) và các loại khí. Việc lựa chọn các mặt nạ thích hợp đòi hỏi một hệ thống đồng bộ về nơi làm việc, kiểm soát các chất ô nhiễm hóa học tiềm năng và nồng độ của chúng. Việc sử dụng mặt nạ cũng là một yêu cầu thực hiện để bảo vệ đƣờng hô hấp. Trang thiết bị bảo hộ cá nhân khác nhƣ bảo vệ mắt, áo và găng tay nên đƣợc làm sạch thƣờng xuyên. + Các biện pháp kỹ thuật: Trên một số máy với một cắt đơn, nghiền hoặc chà nhám mặt; có nhiều nguồn bụi bị thổi từ các bộ phận khác nhau của máy. Trong điều kiện lý tƣởng nhất, mỗi nguồn bụi nên đƣợc kiểm soát bởi hệ thống thông khí (local exhaust ventilation - LEV) Trong khi hầu hết bụi gỗ là từ máy móc, việc chà nhám bằng tay có thể là một trong những công việc tạo ra nhiều bụi mùn cƣa nhất tại nơi làm việc. Việc chà nhám tay thƣờng đòi hỏi việc sử dụng dụng cụ bảo vệ đƣờng hô hấp. Các hệ thống thông khí bao gồm một cửa hút để thu bụi với cơ chế nhƣ một bộ lọc hoặc dạng xoáy xyclon để loại bỏ các bụi bẩn. Năng lƣợng để di chuyển không khí và bụi đƣợc cung cấp bởi một động cơ quạt và thông qua một động cơ điện. Hầu hết các máy chế biến gỗ hiện đại đƣợc trang bị với một hoặc nhiều cửa hút khí hoặc túi trữ bụi. Máy cầm tay nhỏ nhƣ máy đánh nhám thƣờng có một túi lọc kèm theo. Các bộ lọc này thƣờng không thu hoàn toàn đƣợc bụi mịn phát sinh. Đối với các loại 7 máy lớn, các túi thu khí đƣợc nối với nhau bằng một ống dẫn đến một đơn vị thu gom bụi cố định hoặc di động. Nhƣ vậy, hiệu quả lọc sẽ tốt hơn. Tuy nhiên, trong cả hai trƣờng hợp việc bảo vệ đƣờng hô hấp có thể cần phải đƣợc trang bị nếu các tiêu chuẩn tiếp xúc với môi trƣờng làm việc có khả năng bị vƣợt quá. Các hƣớng dẫn chi tiết về thiết kế hệ thống thông gió cho một loạt các máy móc trong chế biến, sản xuất gỗ đƣợc phổ biến rộng rãi. Ví dụ, các tổ chức nhƣ Viện Quốc gia Hoa Kỳ về An toàn và Sức khỏe nghề nghiệp (NIOSH), Sức khỏe và An toàn Anh (HSE) và Hội nghị Mỹ của Chính phủ Vệ Sinh Công Nghiệp (ACGIH) đều công bố các thông tin trên các máy chế biến gỗ. Bảo dƣỡng hệ thống thông khí cũng quan trọng nhƣ thiết kế. Hiệu suất của hệ thống thông khí cần phải đƣợc giám sát và bảo trì hệ thống phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Đối với những thiết bị cũ hơn: Các cửa thải có thể lắp thêm thông gió và cải tiến cho một số máy trƣớc đó nhƣ máy cƣa vòng, đai chà nhám, máy đánh nhám... Máy móc và công cụ mà khó có thể phù hợp với hệ thống thông khí có thể cần phải đƣợc thay thế. Một vài hệ thống thông khí đã đƣợc áp dụng [24,25]: - Hệ thống thông gió phụ trợ. Hình 1.1: Hệ thống thông gió phụ trợ Thông thƣờng, lƣợng bụi thải chỉ đƣợc thu bởi một bộ phận thu chính bao gồm các ròng rọc đĩa. Hệ thống thông gió phụ trợ có thể thu đƣợc 75% bụi, khí thải và có thể dễ dàng lắp đặt. Hệ thống bao gồm hai thiết bị: một khuôn nón phụ trợ và bộ phận lọc khí, bụi. Khuôn nón phụ trợ đƣợc đặt nằm giữa bề mặt đai và bàn làm 8 việc (cuối đoạn chà nhám). Bộ phận lọc khí nằm bên trong ống thải chính. Hai thiết bị đƣợc kết hợp với ống xả chính, giảm bụi gỗ trong phòng làm việc mà không ảnh hƣởng đến hoạt động chà nhám. - Hệ thống khuôn hút biến đổi. Lƣợng bụi gỗ thải ra phụ thuộc vào độ sắc nét của máy cắt, độ sâu của nhát cắt, vị trí tại đó gỗ đƣợc đƣa vào máy và vị trí của ống thải khí. Sau khi nghiên cứu các vị trí ống thải thông thƣờng, các nhà nghiên cứu đã phát triển một cấu hình hình ống đƣợc lắp thêm, giảm đáng kể lƣợng khí thải bụi gỗ. Hình 1.2: Khuôn hút biến đổi Khí thải thƣờng đƣợc kiểm soát bởi một ống hút nằm ở rìa sau của bàn làm việc cho phép di chuyển phôi trên bàn. Đặt ống thải gần đầu cắt sẽ tối đa hóa thu bụi, tuy nhiên, điều này gây hạn chế trong việc di chuyển phôi. Để khắc phục vấn đề này, một phần khuôn biến đổi với một mặt mở linh hoạt đƣợc thêm vào. Các mặt mở linh hoạt bao gồm túi vải cho phép gỗ để đi qua, nhƣng thu lại các hạt bụi gỗ. Việc mở rộng cũng làm tăng vận tốc mặt hút bằng cách giảm thiểu các khu vực mở thiết bị kiểm soát bụi. + Các biện pháp tái chế: Ngày nay mùn cƣa có thể đƣợc sử dụng để tái chế sản xuất vật dụng trong gia đình nhƣ bàn ghế, giƣờng tủ... Ngoài ra có thể đƣợc làm thành một dạng năng lƣợng sinh học nhƣ than mùn cƣa, viên nén mùn cƣa... 9 1.2.2. Quản lý, xử lý chất thải rắn làng nghề gỗ ở Việt Nam Hầu hết các chính sách liên quan đến phát triển làng nghề gỗ hiện nay ở Việt Nam nhƣ Quyết định số 132/2000/QĐ-TTg ngày 24/11/2000 của Chính phủ về một số chính sách phát triển ngành nghề nông thôn; Nghị định số 66/2006/NĐ-CP ngày 07/7/2006 của Chính phủ về việc phát triển ngành nghề nông thôn; Nghị định số 61/2010/NĐ-CP ngày 04/6/2010 của Chính phủ về chính sách khuyến khích doanh nghiệp đầu tƣ vào nông nghiệp, nông thôn, trong đó chế biến nông, lâm thủy sản và sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ là những nhóm ngành nghề thuộc danh mục khuyến khích đầu tƣ với những ƣu đãi về đất đai, thuế, đầu tƣ... đều mới chỉ nhấn mạnh về việc quy hoạch, tổ chức và phát triển về khía cạnh kinh tế, xã hội chứ chƣa có quan tâm đến khía cạnh môi trƣờng, về các biện pháp quản lý, xử lý ô nhiễm do các hoạt đông sản xuất gây ra [3]. Hình 1.3: Quan hệ của làng nghề gỗ với các bên liên quan 10 * Phân loại và thu gom chất thải rắn phát sinh ở các làng nghề Chất thải rắn khu xƣởng sản xuất gỗ: đầu mẩu gỗ thừa, mùn cƣa Các chất thải này đƣợc thu gon để dùng trong đun nấu của gia đình và bán cho nhân dân trong thôn hoặc các doanh nghiệp khác. Tuy nhiên chất thải rắn ở hầu hết các làng nghề chƣa đƣợc thu gom triệt để, nhiều làng nghề xả thải trực tiếp ra môi trƣờng gây ô nhiễm môi trƣờng không khí, đất, nƣớc, tác động xấu đến cảnh quan xung quanh và đặc biệt là phần mùn cƣa với kích thƣớc nhỏ rất khó thu gom, xử lý gây ảnh hƣởng tới sức khỏe và môi trƣờng. * Một số kỹ thuật áp dụng xử lý bụi đã đƣợc áp dụng ở Việt Nam [31] Năm 2010, Công ty TNHH Trung Hiếu - thị trấn Yên Lạc, huyện Yên Lạc, tỉnh Vĩnh Phúc đã xây dựng thành công mô hình xử lý bụi gỗ và bụi sơn cho xƣởng sản xuất gỗ của mình. Khi đƣa vào sử dụng, mô hình này đã làm giảm đáng kể các tác động tiêu cực đến môi trƣờng, cải thiện sức khỏe cho ngƣời lao động và ngƣời dân xung quanh khu vực. Đồng thời, việc vận hành mô hình này sẽ mở ra hƣớng phát triển bền vững cho làng nghề chế biến gỗ trên địa bàn huyện Yên Lạc nói chung, cũng nhƣ nhân rộng ra các làng nghề khác tƣơng tự. Hình 1.4: Hệ thống xử lý mùn cƣa tại Yên Lạc - Vĩnh Phúc 11 Công nghệ xử lý bụi đƣợc thuyết giải nhƣ sau: Theo quy trình xử lý, tại các vị trí phát sinh bụi sẽ đƣợc đặt các chụp hút khí cục bộ để hút bụi vào ống dẫn. Sau đó quạt hút thổi bụi gỗ vào trong thùng chứa bụi, giữ lại các hạt bụi, còn khí sạch sẽ thóat ra ngoài. Khi thùng chứa bụi đầy, chỉ cần mở cửa thùng chứa lấy bụi mang đƣa đi xử lý. Theo đánh giá của các nhà thiết kế, hiệu suất lọc bụi của thiết bị có thể đạt trên 90%, nhờ đó giảm thiểu ô nhiễm không khí từ bụi gỗ. Hơn nữa, thiết bị này vận hành khá đơn giản, chỉ cần bật máy lên là máy hoạt động. Mùn cƣa ngoài tác động đến môi trƣờng ở dạng chất thải rắn, chúng còn gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời khi tiếp xúc trực tiếp. Ảnh hƣởng đến môi trƣờng không khí: Mùn cƣa có kích thƣớc nhỏ có thể lơ lửng trong không khí, gây hạn chế tầm nhìn. Ngoài ra chúng bị phân huỷ, thúc đẩy nhanh quá trình lên men, thối rữa và tạo nên mùi khó chịu cho con ngƣời. Ảnh hƣởng đến môi trƣờng nƣớc: Chúng có thể bị cuốn theo trong quá trình lau rửa sản phẩm, rửa tay hoặc nƣớc mƣa ra các nguồn nƣớc thải. Lƣợng rác này sau khi bị phân huỷ sẽ tác động trực tiếp và gián tiếp đến chất lƣợng nƣớc mặt, nƣớc ngầm trong khu vực. Rác có thể bị cuốn trôi theo nƣớc mƣa xuống ao, hồ, sông, ngòi, kênh rạch, sẽ làm nguồn nƣớc mặt ở đây bị nhiễm bẩn, gây cản trở các dòng chảy, tắc cống rãnh thóat nƣớc. Ảnh hƣởng của rác thải tới môi trƣờng đất: Một số chất hóa học có thể đƣợc phun lên bề mặt gỗ tránh mối mọt. Khi xâm nhập vào đất, trong thành phần rác thải có chứa nhiều các chất độc, do đó khi rác thải đƣợc đƣa vào môi trƣờng thì các chất độc xâm nhập vào đất sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất nhƣ: giun, vi sinh vật, nhiều loài động vật không xƣơng sống, ếch nhái ... làm cho môi trƣờng đất bị giảm tính đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng, hạn chế quá trình phân huỷ, tổng hợp các chất dinh dƣỡng, làm cho đất giảm độ phì nhiêu, đất bị chua và năng suất cây trồng giảm sút. Ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời: Khi tiếp xúc với một lƣợng quá mức bụi gỗ có thể tác dụng kích thích lên mắt, mũi và cổ họng, suy giảm chức năng phổi và 12 đƣợc chúng cũng đƣợc coi là một chất gây ung thƣ (đặc biệt là ung thƣ mũi). Các ảnh hƣởng khác lên sức khỏe bao gồm viêm da hoặc hiệu ứng suy đƣờng hô hấp nhƣ hen suyễn. Một số điều tra chỉ ra việc tiếp xúc với bụi gỗ tăng 4 lần khả năng bị hen so với ngƣời bình thƣờng ở Anh. Ngoài ra, một số ngƣời khác trở nên nhạy cảm với bụi gỗ, ngƣời đó có thể bị phản ứng dị ứng sau khi tiếp xúc nhiều lần. Gỗ bụi trên sàn nhà có thể gây vấp ngã hoặc trƣợt, tầm nhìn có thể bị suy giảm bởi bụi phát sinh trong quá trình chế biến gỗ [22]. Ngoài ra chúng còn là một chất dễ cháy. Hàng năm có hàng trăm cơ sở, nhà máy bị thiệt hại bởi các vụ cháy nổ. Việc đốt cháymột đám mây bụi gỗ sẽ tạo ra một ngọn lửa chớp. Nếu mùn cƣa đƣợc chứa đựng trong một bao, kho hoặc nén lại có thể tạo ra vụ nổ phá hoại. Mức độ nghiêm trọng của sẽ phụ thuộc vào loại và nồng độ bụi, kích thƣớc của các nguồn phát lửa. Ngoài ra chúng còn có thể dẫn đến một vụ nổ thứ cấp mà thiệt hại thƣờng là lớn hơn rất nhiều so với vụ nổ đầu tiên [22] [23]. 1.3. Phƣơng pháp chế tạo than sạch dạng bánh 1.3.1. Chế tạo than sạch dạng bánh Than sạch hay than sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ cacbon đen (black carbon) hay biochar, đƣợc tạo ra từ quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trƣờng không có hoặc nghèo ôxy để không xảy ra phản ứng cháy. Nó đang đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới ví nhƣ là “vàng đen” cho ngành nông nghiệp. Than sinh học có thể tạo ra từ nhiều phế phụ phẩm trong nông nghiệp (rơm rạ, vỏ trấu, vỏ hạt, bã mía), chất thải sinh hoạt, công nghiệp... Quá trình nhiệt phân tạo thành than sinh học, cacbon có trong vật liệu hữu cơ không bị mất đi hoàn toàn mà tồn tại ở dạng khó bị phân giải bởi các yếu tố môi trƣờng hoặc sử dụng nhƣ một dạng năng lƣợng tái tạo, chất xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Than sinh khối (đóng rắn) đƣợc sản xuất từ chất thải sinh khổi là một sự thay thế cho nhiên liệu hóa thạch nhƣ dầu mỏ và than đá, chúng có thể đƣợc sử dụng để làm nóng lò hơi trong nhà máy sản xuất, và cũng có những ứng dụng ở các nƣớc đang phát triển. Than sinh khối là nguồn năng lƣợng tái tạo và tránh thêm cacbon hóa thạch vào khí quyển [4]. 13 Than mùn cƣa đƣợc sản xuất theo qui trình nén ép thành thanh gỗ trƣớc, sau đó đem nung thành than và để nguội. Sản phẩm than nung đỏ là khâu sau cùng nên không khói, không mùi khi đốt . Nguyên liệu chính là mùn cƣa gỗ. Mùn cƣa đƣợc làm thành củi mùn cƣa bằng máy ép trục vít có gia nhiệt. Nén ép thanh than gỗ trƣớc. Sau đó cho củi mùn cƣa vào lò than hóa, nung thành than và để nguội. Với công nghệ trƣớc đây, cần duy trì nhiệt độ 700-800oC trong 7 ngày. Khi đó chất bốc trong gỗ sẽ bay hết chỉ còn lại thành phần chính là Cacbon (than) với hàm lƣợng >85%. Than khi đạt yêu cầu sẽ đƣợc đem ra ngoài ủ kín làm nguội tự nhiên trong vòng 2 ngày. Cuối cùng, cho ra thành phẩm là than mùn cƣa. Khi đốt than sẽ thấy lửa cháy đều từ trong ra ngoài. * Tổng quan về quá trình sản xuất than cacbon hóa dạng bánh Chất thải sinh khối đƣợc nghiền nhỏ, là nguyên liệu để đóng bánh. Chúng có thể đƣợc trộn với vôi ngậm nƣớc (cố định lƣu huỳnh), đất sét (hỗ trợ định hình), và chất keo. Để đạt đƣợc thành phần đồng nhất và cải thiện hình dạng, các nguyên vật liệu pha trộn đƣợc nhồi kỹ. Sự hình thành của hỗn hợp này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng máy ép ở nhiệt độ bình thƣờng và lực khoảng 1.000 kg/cm2 [9]. Sự lựa chọn của các chất kết dính có ảnh hƣởng trực tiếp đến chi phí vận hành và phải đƣợc lựa chọn cẩn thận. Các chi phí hoạt động bao gồm các chi phí của chất kết dính (giá mỗi tấn chất kết dính và số lƣợng của chất kết dính tiêu thụ mỗi tấn than bánh), chi phí chế biến tham gia bằng cách lựa chọn chất kết dính và các chi phí sau điều trị của bánh trƣớc khi lƣu trữ. Sự lựa chọn cũng dựa vào số lƣợng của chất kết dính có sẵn tại địa phƣơng. Chất kết dính đƣợc chia thành 2 loại chất kết dính vô cơ và chất kết dính hữu cơ. Hầu hết các chất kết dính hữu cơ có chức năng cơ bản nhƣ "keo" hoặc loại chất dính keo, chúng làm ƣớt bề mặt của hạt và do đó kết nối chúng lại với nhau. Một số chất kết dính ở dạng chất lỏng khi nóng và rắn khi lạnh và một số loại khác có thể vẫn còn trong trạng thái lỏng nhiều hơn hoặc ít nhớt. Một số chất kết dính vô cơ (kim loại nóng chảy) tƣơng tự nhƣ này. Một loại chất kết dính khác là chất rắn với kích thƣớc hạt rất nhỏ. Do có năng lƣợng 14 bề mặt cao nên có thể hoạt động nhƣ là vật liên kết giữa các hạt xung quanh của vật liệu. Hầu hết các chất kết dính có chức năng theo cách này là vật liệu vô cơ nhƣ đất sét, keo alumina và keo silica. Các chất keo này ngoài ra còn có khả năng chống ẩm đặc biệt cần thiết khi dự trữ than trên mặt đất hoặc ngoài trời. Các loại chất kết dính nhƣ nhựa đƣờng có tính chất không thấm nƣớc và cho phép lƣu trữ than ở ngoài trời tốt. Đối với các chất kết dính khác, một lớp sáp bên ngoài (parafin chẳng hạn) sẽ cho phép giảm độ thấm nƣớc của chúng. Các lignosulphonates kháng độ ẩm thấp. Các than bánh đƣợc sản xuất có bổ sung tinh bột hay mật đƣờng, vôi không có khả năng chống ẩm [15]. * Các bƣớc sản xuất than sinh học [15]. i. Phân loại / sàng: tất cả các vật liệu không mong muốn hoặc chất thải sinh khối lớn bị loại bỏ để đảm bảo rằng tất cả các nguyên liệu là các kích thƣớc yêu cầu. Ví dụ, mùn cƣa có thể chứa các cục gỗ vụn hoặc dăm bào với kích thƣớc lớn. Đây có thể đƣợc sàng lọc ra với một lƣới thép. ii. Cắt nhỏ nguyên liệu sinh khối thành những miếng nhỏ: Các nguyên liệu sinh khối đƣợc cắt nhỏ thành từng miếng nhỏ để tăng cƣờng khả năng hoạt động và kích thƣớc nhỏ gọn. Quá trình này phụ thuộc vào loại sinh khối nguyên liệu. Ví dụ, vỏ cà phê và bụi sẽ không cần băm nhỏ nhƣng vật liệu nhƣ chất thải lạc, bã mía, rơm lúa mì, lúa mạch và cùi ngô sẽ cần phải đƣợc cắt nhỏ thành các kích cỡ nhỏ. iii. Phối trộn: Quá trình này đƣợc thực hiện trong trƣờng hợp muốn sử dụng một loạt các nguyên liệu khác nhau để tối ƣu hóa các đặc điểm cháy của nhiên liệu chính thức. Ví dụ, nguyên liệu sinh khối có hàm lƣợng tro cao có thể đƣợc trộn với các nguyên liệu sinh khối của hàm lƣợng tro thấp. Sinh khối có hàm lƣợng năng lƣợng thấp nhƣ giấy có thể đƣợc trộn lẫn một cách thích hợp với những vật liệu có năng lƣợng cao. Điều này giúp sản phẩm đạt chất lƣợng tốt (cháy tốt, không khói và không mùi) đồng thời giảm chi phí sản xuất. iv. Thêm chất kết dính: Ngoài sinh khối trộn, một chất kết dính thích hợp đƣợc thêm vào và trộn lẫn với sinh khối. Điều này giúp tăng cƣờng sự rắn chắc của vật liệu và tránh vụn nát. Một vài chất chất kết dính nhƣ là tinh bột, đất sét. 15 v. Thêm nƣớc: nƣớc thƣờng đƣợc thêm vào các nguyên liệu để làm cho chúng lỏng lẻo và dễ dàng để thực hiện các bƣớc trên. Một số vật liệu sinh khối đòi hỏi phải đƣợc ngâm trong nƣớc cho một số ngày để đảm bảo rằng chúng là đủ mềm để làm việc trên. vi. Đóng bánh & đốt: Cuối cùng các nguyên liệu đã sẵn sàng để đóng bánh (bằng máy hoặc bằng tay). Các bánh than sẽ cần đƣợc để khô trong một thời gian để ổn định hình dạng. Sau khi khô than đƣợc đêm đi đốt trong lò cacbon hóa trong điều kiện không hoặc ít khí oxy ở nhiệt độ thấp 400-500oC trong thời gian kết quả sẽ thu đƣợc sản phẩm than cacbon hóa. Hình 1.5: Các bƣớc sản xuất than sinh học * Bản chất của quá trình [1]: Gỗ bao gồm các thành phần chính: cellulose, lignin, hemixenlulo và nƣớc. Các cellulose, lignin và một số vật liệu khác bị ràng buộc chặt chẽ với nhau và tạo nên các vật liệu chúng ta gọi là gỗ. Nƣớc đƣợc hấp phụ hoặc tổ chức nhƣ các phân tử nƣớc trong cấu trúc cellulose / lignin. Gỗ đƣợc làm khô vẫn còn chứa 12-18% lƣợng nƣớc hấp thụ. Gỗ tƣơi, mới cắt hoặc gỗ chƣa chứa 40 đến 100% trọng lƣợng khô của gỗ. Mùn cƣa Phân loại/ sàng Nghiền, cắt nhỏ Thêm nƣớc Thêm chất kết dính Phối trộn Sản phẩm Đốt cacbon hóa Đóng bánh 16 Hình 1.6: Cấu tạo của gỗ [23] Trong quá trình cacbon hóa mùn cƣa, hemixenlulo sẽ phân hủy trong khoảng nhiệt độ 200 - 260oC, còn lignin, xenlulo phân hủy trong khoảng 240 - 350 o C. Trong quá trình này sẽ có tổn thất phát sinh do một phần khối lƣợng phân tử nhỏ của xenlulo và lignin, nƣớc, hemixenlulo bị đốt cháy và bay hơi. Phần còn lại sẽ tự xảy ra các phản ứng hóa học giữa các hợp chất có khối lƣợng phân tử lớn, khi nhiệt độ càng cao sẽ tạo các liên kết chéo (crosslinking). Đây chính là phần sẽ bị than hóa ở nhiệt độ cao. Trong quá trình than hóa thông thƣờng thì gỗ (hay thanh mùn cƣa) sẽ cháy trong môi trƣờng hiếm oxy khi nhiệt độ đạt tới 450oC và 450-500 o C là khoảng nhiệt độ tối ƣu cho quá trình than hóa. Nhiệt phân giải của xenlulo Nhiệt độ cacbon hóa của xenlulo trong phạm vi 260 - 350oC. Ở giai đoạn đầu đã sản sinh những gốc có năng lƣợng cao rất nhiều, phản ứng dây truyền của gốc tự do dẫn đến các chuỗi bị chặt đứt, oxy hóa và phân giải phân tử, từ đó mà sinh ra than, nƣớc, CO và CO2. Khi nhiệt độ nâng cao lên đến trên dƣới 300 o C xenlulo phát sinh hiện tƣợng đứt đoạn phân giải, hình thành đƣờng gluco vòng trái, tuỳ theo sự nâng cao nhiệt độ đƣờng gluco vòng trái có thể tiếp tục bị phân giải thành hơn 200 hợp chất hóa học, đồng thời bị cắt đứt sinh thành acid acetic, acid formic; acid acetic từ đây có thể bị mất nhóm OH, acid formic có thể bị mất gốc cacbon để sinh thành CH4, CO2 và CO, trong điều kiện tồn tại có H2O, acid, Oxy thì phản ứng của xenlulo lại càng kịch liệt. 17 Nhiệt phân giải của hemixenlulo Hemixenlulo phân giải trong khoảng nhiệt độ từ 200 - 260oC. Độ bền vững của hemixenlulo thấp hơn so với xenlulo, nó rất dễ phát sinh phản ứng thóat nƣớc. Hemixenlulo ở nhiệt độ tƣơng đối thấp phát sinh phân giải sinh ra khối lƣợng lớn acid acetic và chất khí không cháy, đồng thời có ít dầu gỗ. Nhiệt phân giải của lignin So với xenlulo và hemixenlulo thì lignin có tính ổn định nhiệt độ cao hơn, đó là do hàm lƣợng cacbon trong phân tử lignin tƣơng đối cao (thƣờng chiếm khoảng 60 - 66%). Do đó khu vực nhiệt độ nhiệt phân tƣơng đối rộng (230 - 550oC). Trong khoảng 230-300oC thì gốc thơm  và  bị cắt đứt, lúc này nhóm chất béo bắt đầu bị cắt đứt, khi nhiệt độ đến 370 - 400oC thì các kết cấu cơ bản của lignin nhƣ cầu C - C bị cắt đứt, dần dần hình thành than, khi nhiệt độ 550oC thì tỷ lệ sản phẩm tạo ra của các chất khí thƣờng chiếm: CO 50%, CO2 10%, CH4 38%, C2H6 2%. Nhiệt phân giải gỗ có thể đƣợc xem là sự tổ hợp nhiệt phân các thành phần trong gỗ. Sự tổ hợp của xenlulo và hemixenlulo, quá trình phân giải nhiệt của nó cũng tƣơng tự, nhiệt phân lignin tuy xảy ra sớm hơn so với hai thành phần trên nhƣng tốc độ nhiệt phân của nó lại chậm hơn. Các sản phẩm do lignin hình thành thƣờng là các chất rắn. Gỗ dƣới tác dụng của điều kiện nhiệt độ thấp bắt đầu đã bắt đầu xảy ra hiện tƣợng nhiệt phân giải, nhƣng với -xenlulo sự nhiệt phân của nó tƣơng tự nhƣ hai loại trên, nhƣng lại khác với dạng phân giải của lignin. * So sánh với khí hóa than mùn cƣa [8]: Khí hóa (Gasification): là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu sinh khối trong môi trƣờng thiếu ôxi để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm Cacbon monoxide (CO), hydro (H2) và một phần khí metan (CH4). Hỗn hợp này đƣợc gọi là hỗn hợp khí cháy (tài liệu nƣớc ngoài thƣờng viết là producer gas - sinh khí). 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 methanol (CH3OH) - nhiên liệu cho động cơ nhiệt cũng nhƣ là nguyên liệu cho ngành công 18 nghiệp hóa chất và quan trọng là nguyên 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.