Tiểu luận Xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp nhiệt

79% nitơ và 21% oxy theo thể tích) ở nhiệt độ cao Phản ứng xảy ra như sau: Chất thải + (O2 + N2) --------> Sản phẩm cháy + Q (nhiệt) Sản phẩm cháy: Bụi, SOx, NOx, CO, CO2, THC, HCl, HF, Đioxins/Furans 2.2.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy Quá trình cháy và các chất ô nhiễm tạo thành (sản phẩm cháy) liên quan chặt chẽ tới thành phần, bản chất của chất thải được đốt, nhiên liệu sử dụng, điều kiện đốt như: hệ số dư không khí (oxy), nhiệt độ đốt, độ tiếp xúc và thời gian tiếp xúc giữa nhiên liệu (hoặc khí gas) với oxy... Quá trình cháy của chất thải rắn bao gồm 4 giai đọan cơ bản sau: + Quá trình sấy khô (bốc hơi nước). + Quá trình phân hủy nhiệt chất thải (hình thành khí gas). + Quá trình phải trộn khí gas hoặc chất đốt với gió (không khí) và sự mồi lửa. + Quá trình cháy ở dạng khí. Các nguyên tắc cơ bản của quá trình đốt cháy là áp dụng nguyên tắc 3T + Temperature (nhiệt độ) : nhiệt độ của không khí trước khi đưa vào lò và nhiệt độ của buồng đốt đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh, cháy hoàn toàn. Nhiệt độ không đủ cao phản ứng sẽ không xảy ra hoàn toàn và sản phẩm khí thải sẽ có khói đen và các chất ô nhiễm khí như CO, Hydrocacbon (THC) cao. Điều này liên quan tới hoặc là do kích thước buồng đốt quá nhỏ hoặc lượng không khí cấp vào quá dư làm nguội buồng đốt. + Turbulence (xáo trộn): để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất cháy và chất oxy hoá, có thể đặt các tấm ngăn trong buồng đốt hoặc tại các van đổi chiều dòng khí để tăng khả năng xáo trộn. + Time (thời gian): thời gian tiếp xúc đủ để phản ứng oxy hoá xảy ra hoàn toàn bằng cách đốt các vách ngăn nhằm tăng thời gian tiếp xúc hoặc kích thước buồng đốt đủ lớn. Trong các lò đốt kiểu cũ, nhiệt độ thấp theo cách đốt cổ điển thì các điểm cháy hở, 4 giai đoạn của quá trình cháy xảy ra cùng một vị trí và cùng một lúc. Do sự phối trộn kém nên cháy không hoàn toàn, hiệu quả cháy kém, có nhiều bụi cùng các chất ô nhiễm (CO, THC, …) kéo theo trong khói thải. Để khắc phục nhược điểm trên hiện nay người ta tiến hành đốt chất thải trong lò đốt nhiều cấp, đặc biệt việc ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân đã cải thiện được vấn đề ô nhiễm môi trường đáng kể. 2.2.2.3.Thành phần hóa học của chất thải Đối với chất thải được đem đốt chứa các thành phần hữu cơ cũng có thể được coi như một dạng nhiên liệu. Thực chất nhiên liệu là những vật chất mà khi đốt cháy thì phát sáng và tỏa ra một nhiệt lượng nào đó. Cũng như nhiên liệu, chất thải được đốt có thể tồn tại ở các dạng: rắn, lỏng hoặc khí. Đối với thành phần nhiên liệu rắn và lỏng thường được biểu diễn dưới các dạng: - Thành phần hữu cơ Ch + Hh + Oh + Nh = 100% - Thành phần cháy Cc + Hc + Oc + Nc + Sc = 100% - Thành phần khô Ck + Hk + Ok + Nk + Sk + Ak = 100% - Thành phần sử dụng Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad + Wd = 100% Thành phần cơ bản của nhiên liệu công nghiệp (chất thải) bao gồm: C + H + O + N + S + A + W = 100% Trong đó: C, H, O, N, S, A, W là hàm lượng phần trăm trọng lượng của các nguyên tố cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh, tro, ẩm trong chất thải. 2.3.Nhiên liệu cho quá trình đốt 2.3.1.Nhiên liệu bổ sung cho quá trình đốt Chất thải hữu cơ cần có một nhiệt độ rất cao để cháy, nhưng nó cũng dùng một lượng nhiên liệu bổ sung để mồi cho quá trình cháy. Một số chất thải nguy hại, khi lượng nhiệt cung cấp cho chất thải cháy không đủ vì vậy cần bổ sung một số loại nhiên liệu để gia tăng nhiệt độ cháy. Bảng 1: Một số nhiên liệu cho quá trình đốt Chất thải Lượng nhiệt được đốt (Btu/lb) Độ rỗng (lb/ft) Khối lượng (lb/ft3) Độ tro (%) Độ ẩm (%) Dầu hỏa Benzen Toluen Hidro Axid axetic 18900 18210 18440 61000 6280 50 55 52 0.0053 65.8 0.5 0.5 0.5 0 0.5 0 0 0 0 0 Methyl alcohol Ethyl alcohol Nhựa thông Dầu mỏ 10250 13325 17000 15000 49.6 49.3 53.6 41.6 0 0 0 0 0 0 0 0 Giấy Giấy nâu Tạp chí Giấy gợn sóng Lớp bọc chất dẻo Giấy cacton 7975 7250 5250 7040 7340 11330 7 7 35 7 7 5 1.5 1 22.5 5 2.6 1 6 6 5 5 5 3.5 Ruột lớp xe Nhựa poliethylen 1700 20000 40 40-60 60 0.75 0 75 0 Giẻ rách Dầu mở động vật 8000 17000 10 – 15 50 – 60 3 5 0 Vải dính dầu 11000 70 – 100 20-30 1 (Btu: đơn vị đo lường nhiệt của Anh) 2.3.2.Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu nhằm tận dụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt. Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có thể chiếm 10 -25 % tổng khối lượng nhiên liệu. 2.4.Lượng không khí dư Khi chất thải cháy thì chúng cần một lượng không khí nhất định, khi sản phẩm còn lại sau khi cháy không còn chứa oxi thì đây gọi là quá trình cháy hoàn toàn nhưng điều này không thể xảy ra trong quá trình cháy. Lò đốt luôn phải duy trì một lượng không khí dư để đạt được quá trình cháy. Để cháy được thì người ta phải cung cấp oxi qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Khởi động cho quá trình đốt Giai đoạn 2: Cháy với một lượng không khí dư, lượng không khí dư này sử dụng trong lò đốt để điều khiển nhiệt độ trong lò vì lượng không khí dư này dùng để hấp thụ lượng nhiệt phát sinh khi có phản ứng phụ xảy ra trong suốt quá trình cháy Hình 7. Biểu đồ lượng không khí dư Hình 8. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và lượng không khí dư % khí dư Nhiệt độ (0F) Nhiên liệu % thể tích CH4 50,0 C2H6 30,0 C3H8 7,5 N2 6,0 H2 4,0 CO 1,0 CO2 1,5 Giả sử rằng tổn thất nhiệt là 2% Hình 9. Ảnh hưởng của lượng không khí dư đối với nhiệt độ bường đốt 2.5.Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt 2.5.1.Ưu điểm Phương pháp xử lý bằng nhiệt rất thích hợp cho xử lý đất bị ô nhiễm bởi chất thải nguy hại, có thể tách chất ô nhiễm ra khỏi đất đồng thời làm sạch triệt để chất ô nhiễm. Là một phương pháp an toàn cho môi trường nếu có hệ thống xử lý khí thải. Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 99%. Có khả năng giảm 90 – 95% trọng lượng chất thải trong thời gian ngắn Có khả năng xử lý tại chỗ không cần vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro khi vận chuyển Cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ rất nhỏ (0,01% ). Thời gian xử lý nhanh. Diện tích công trình nhỏ. 2.5.2.Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu , chi phí vận hành và cũng như chi phí xây dựng hệ thống xử lý khí thải tốn kém Không áp cho đất ô nhiễm kim loại nặng. Cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá hoại. Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp Đặc biệt quá trình đốt có thể gây ô nhiễm môi trường nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo 2.6.Hiệu quả quá trình đốt 2.6.1.Hiệu quả phân hủy(DRE: destruction and removal efficiency) Là khả năng phân hủy một chất hữu cơ nguy hại khó phân hủy nhất trong một hỗn hợp chất thải. DRE= (W đầu vào – W đầu ra )* 100/ W đầu vào. W: Nồng độ chất ô nhiễm. Đối với các hợp chất dioxins/furans theo quy định của Mỹ thì DRE phải đạt giá trị 99.9999% 2.6.2.Hiệu quả đốt (CE Combution Efficiency) CE = ( CO2 –CO)*100/ CO2 CO và CO2 là nồng độ phần trăm theo thể tích trong khí thải khô ở điều kiện chuẩn ở 7% hoặc 9% O2 Hiệu quả đốt CE phải đạt trên 99.9% Chế độ đo khí thải: sau khi nạp rác vào 5 phút , đo cho đến khi kết thúc mẻ Kết quả tính toán hiệu quả cháy của một số lò đốt như sau: Bảng 2.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty FORMOSA Bảng 3.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp DNTN Thái Tuấn Bảng 4.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty AVENTOS(lò nhập) Bảng 5.Kết quả đo tại lò đốt chất thải công nghiệp Công ty SYNGENTA(lò nhập) 2.7.Ứng dụng Phương pháp nhiệt là quy trình cuối cùng ứng dụng cho một số chất thải không thể tái chế, tái sử dụng hay dự trữ an toàn trong bãi chôn lấp. Phương pháp thiêu đốt chỉ sử dụng khi chất thải là chất độc sinh học, không bị phân hủy sinh học và bền vững trong môi trường, là chất dễ bay hơi và phân tán, chất thải chứa các chất hữu cơ như halogen, chì, thủy ngân, kẽm, photpho, sunfua… Một số chất thải không được xử lý bằng phương pháp thiêu đốt là các chất thải phóng xạ, chất thải dễ gây nổ… Phương pháp nhiệt được sử dụng để xử lý chất thải mà không thể chôn lấp được. Bùn khô và chất thải rắn nguy hại là nguyên liệu cho các quá trình đốt trong lò đốt. Chất thải nhiễm dầu Cùng với sự phát triển của ngành dấu khí trong những năm qua, chất thải nhiễm dầu cũng tăng nhanh, đây là các chất thải nguy hại đòi hỏi phải có biện pháp xử lý thích hợp. nguồn gốc chất thải nhiễm dầu có thể kể đến: Từ hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí. Từ các kho cảng xăng dầu. Từ hoạt động vệ sinh súc rửa tàu dầu. Trước đây, Công ty Sông Thu tại Đà Nẵng đã thiết kế và xây dựng hệ thống là đốt xử lý cặn dầu từ hoạt động vệ sinh súc rửa tàu dầu công suất 700 tấn/tháng. Lò đốt gồm 2 buồng đốt sơ cấp (nhiệt độ đạt 7000C) và thứ cấp (nhiệt độ đạt 1.1000C), có hệ thống làm nguội và xử lý khí thải. Tuy nhiên, khi đi vào hoạt động, khí thải từ lò đốt không đạt tiêu chuẩn môi trường, đồng thời hiệu suất đốt không đạt tiêu chuẩn thiết kế. Nhà máy xử lý chất thải Công ty TNHH SX-TM-DV Môi trường Việt Xanh có địa chỉ tại Lô N1, đường N8, khu công nghiệp Nam Tân Uyên, Bình Dương được đánh giá là “một trong những nhà máy xử lý chất thải công nghiệp, rác thải nguy hại hiện đại và lớn nhất Việt Nam hiện nay” (Trích lời nhận xét của Tiến sĩ Nguyễn Trung Việt, chủ tịch hội đồng nghiệm thu cấp phép xử lý chất thải nguy hại - Cục Môi trường Việt Nam) Diện tích mặt bằng nhà máy: 12.000 m2. Hệ thống quản lý môi trường của nhà máy: đạt tiêu chuẩn ISO 14001:2004 Hệ thống xử lý chất thải nhiễm dầu của nhà máy bao gồm các thông số sau: Lò đốt chất thải 2 cấp:tiêu hủy cặn dầu, chất thải nhiễm dầu. Công nghệ lò đốt                  : Công hòa liên bang Đức. Nhiệt độ tiêu hủy chất thải     : trên 1.3000C Công suất tiêu hủy chất thải   : 24 tấn/ ngày Đi kèm với lò đốt là các hệ thống phụ trợ bao gồm hệ thống xử lý khói và thu hồi bụi,… đảm bảo khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Hệ thống xử lý của công ty TNHH Sông Xanh Vũng Tàu bao gồm: Hệ thống xử lý và tận dụng cặn dầu (Chất thải rắn, lỏng, cặn dầu) công suất 06tấn/ Ngày , Lò đốt chất thải rắn, lỏng nhiệt độ tối đa 12000C, công suất 0.5khối/1h , Lò đốt rác hữu cơ công suất 20khối/ ngày(2cái). Hệ thống xử lý chất thải nhiễm dầu, hệ thống lò đốt thùng quay CS750kg/h. Chất thải nhiễm các chất độc hại như thuốc BVTV Phương pháp được xử dụng để xử lý các thuốc bảo vệ thực vật vô cơ thành các chất vô cơ không độc hại như: CO2, H2O và Cl…Đây thường là biện pháp cuối cùng khi không còn cách tiêu hủy nào khác hữu hiệu và triệt để đối với thuốc bảo vệ thực vật có độc tình cao, quá bền vững. Bản chất của phương pháp là oxy hóa thuốc bảo vệ thực vật bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao. Phương pháp này có ưu điểm là xử lý được triệt để các thuốc bảo vệ thực vật còn tồn lưu trong bao bì tạo thành các chât vô cơ không độc hại. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao, nhiệt độ tiêu hủy trên 1600oC, cần đủ oxy và thời gian tiếp xúc, thời gian lưu trữ tới thiểu là 2 giây, cần có sự tham gia của chất xúc tác. Với các bao bì chứa thuốc bảo vệ thực vật dạng vô cơ, có chứa thủy ngân (Hg ) và các kim loại nặng, phương pháp này không được áp dụng bởi hiệu suất xử lý thấp. Các lò đốt sử dụng trong phương pháp này là các lò nung xi măng hoặc lò đốt đặc biệt. Hiện tại đối với điều kiện Việt Nam, việc xây dựng các lò đốt cố định đạt tiêu chuẩn và các yêu cầu kỹ thuật là rất khó khăn. Cục bảo vệ môi trường (Bộ môi trường ) đã kết hợp với Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ( Bộ Quốc Phòng ) thử nghiệm áp dụng công nghệ tiêu hủy chất bảo vệ thực vất tồn đọng bằng phương pháp thiêu đốt trên hệ thống lò hai cấp. công nghệ này là sự kết hợp của 3 phương pháp, đấu tiên là phương pháp hóa học nhầm làm giảm tối đa độc tính của thuốc bảo vệ thực vật. tiếp đó là xử lý nhiệt để tiêu hủy hoàn toàn các yếu tố độc hại và thu nhỏ thể tích1h các chất gấy ô nhiễm, và cuối cùng là bê tông hóa các hóa cất còn lại. Hình 10. Mô hình tiêu hủy thuốc bảo vệ thực vật Rác dược phẩm, y tế, thuốc lá Lượng chất thải rắn y tế phát sinh trên phạm vi toàn quốc theo ước tính của Bộ Y Tế năm 2001 là khoảng 12500 tấn/năm. Số liệu điều tra của Bộ Y Tế cho thấy, hiện nay có khoảng 61 lò đốt chất thải y tế (CTYT ) được lắp đặt trên toàn quốc. Thủ tướng chính phủ đã chỉ đạo Bộ KHCN và MT phối hợp với Bộ Y Tề tiến hành thẩm định các lò đốt CTYT theo yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, môi trường. Theo dự thảo báo cáo quy hoạch tổng thể xử lý chất thải rắn y tế tại Việt Nam, tính đến tháng 9 năm 2003, toàn quốc có 47 lò đốt ngoại nhập được lắp đặt và vận hành để xử lý chất thải y tế nguy hại. trong đó, có 2 lò đốt công suất lớn (200 kg/h và 1000 kg/h )đặt bên ngoài khuôn viên bệnh thuộc trách nhiệm của xí ngiệp xử lý chất thải y tế (trực thuộc URENCO) tại hai thành phố Hà Nội và Thành Phố Hồ Chí Minh, còn lại hầu hết là các lò đốt có công suất nhỏ (từ 20 đến 100 kg/h). Số lượng ló đốt sản xuất trong nước là 14 lò với công suất xử lý dao động từ 20 kg/h đến 50 kg/h. Có nhiều loại lò đốt khác nhau có thể dùng để thiêu đốt RTYT nguy hại. Lò quay: có thể đốt nhiều loại rác khác nhau, đạt nhiệt độ cao và công suất thường từ 200 kg/giờ trở lên. Lò đáy tĩnh: nguyên lý cháy từ trên xuống, chất thải trong quá trình đốt không được xáo trộn. Phù hợp với công suất thấp, đốt theo mẻ. Lò đốt tầng sôi: hiệu quả đốt cao do rác thải luôn ở trạng thái động và tiếp xúc trực tiếp với tác nhân mang nhiệt là cát. Lò nhiều đáy: dạng tháp, đốt ở 3 vùng nhiệt độ tuy nhiên cao nhất là 990oC. Phù hợp với lò công suất cao. Lò Plasma: là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Trường nhiệt Plasma có thể đạt từ 3.000 đến 16.600oC phân huỷ hoàn toàn rác thải y tế thành những nguyên tố cơ bản, an toàn tuyệt đối cho môi trường. Tuy nhiên giá thành xử lý quá cao: 3-8 USD/kg rác thải. => Như vậy mỗi loại công nghệ, thiết bị đốt đều có những điểm mạnh và hạn chế của mình. Việc lựa chọn phương án phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Lựa chọn nhiệt độ đốt và cấp đốt (1 hoặc 2 cấp), vấn đề hồi lưu, tận dụng nguồn nhiệt của khói lò; Thành phần, tính chất và lượng rác cần đốt mỗi ngày; Năng lực đầu tư, nguồn kinh phí và qui mô đầu tư; Trình độ của người sử dụng; Khả năng gia công cơ khí, nguồn cung cấp nguyên vật liệu đặc chủng...; Nguồn năng lượng tiện và rẻ nhất (ga, dầu, điện...) Bảng 6.Tổng hợp kết quả đo các chất ô nhiễm trong khí thải từ các lò đốt rác y tế ở khu vực phía Nam Đối với các chất thải khác như: Chất thải dung môi Nhựa cao su, mủ cao su Chất thỉa chứa Halogen, chì, thủy ngân Chất thải dễ bốc hơi và do đó dễ phân tán Ngoài việc áp dụng các phương pháp cơ học, hóa học, xử lý nhiệt…một số nước như Nauy, Thụy Điển, Nhật Bản, Hàn Quốc… đã nghiên cứu áp dụng phương pháp thiêu đốt CTNN bằng lò nung xi măng. Qua khảo sát của Cục Môi Trường và Dự án VCEP cùng một số cơ quan liên quan, phương pháp thiêu đốt CTNH bằng lò nung xi măng có khá nhiều ưu điểm. Lò nung cũng tận dụng được nhiệt năng từ quá trình thiêu đốt các chất thải nguy hại dạng hữu cơ để thay thế tiết kiệm một phần nhiên liệu. Cũng có thể đưa vào lò nung xi măng một lượng nhất định chất thải dạng vô cơ để tiêu hủy. Các chất thải vô cơ này sẽ tương tác hoặc kết hợp nguyên liệu của xi măng và là thành phần phụ gia cho xi măng. Lò nung clinke dùng để thiêu đốt CTNH phải là loại lò hiện đại mà trong thiết kế đã tính có tính đến việc thiêu đốt CTNH. Hấu hết các loại chất hữu cơ dạng rắn hoặc lỏng kể cả các chất thải có chứa PCB đều có thể thiêu đốt trong lò nung clinke, tuy nhiên các chất thải cần qua công đoạn chế biến thành nhiên liệu, chất phụ gia đạt tiêu chí nhất định trước khi đưa vào lò clike. Việc thiêu đốt CTNH trong lò clinke có thể áp dụng cho rất nhiệu loại chất thải nguy hại như: các dung môi hữu cơ, dâu thải có chứa PCB, sơn, keo dán, vecni, plastic kể cả PVC lốp cao su. Quá trình cháy trong lò clinke sẽ phá hủy cấu trúc của các chất thải nguy hại, tro xỉ còn lại tham gia vào thành phần xi măng không gây ảnh hượng đến chất lượng xi măng. 2.8.Hiện trạng áp dụng phương pháp đốt ở Viêt Nam Hiện nay trong điều kiện thị trường, Việt Nam đã mở của và buôn bán với tất cả các nước trên thế giới, nhiều công ty chế tạo thiết bị nhiệt nổi tiếng có mặt tại Việt Nam. Nói đến lò đốt người ta nghĩ đến ngay vật liệu có khả năng chịu nhiệt cao đó là gạch chịu lửa.Ở miền Bắc có nhà máy gạch chịu lửa Đông Anh – Hà Nội, miền Nam có nhà máy gạch chịu lửa Tân Vạn – Đồng Nai sản xuất được các loại gạch chịu lửa có nhiệt độ từ 1450 – 17000C Trước đây, các loại lò đốt ở Việt Nam đều nhập từ nước ngoài. Hiện nay, Việt Nam đã chế tạo được một số loại lò đốt có công suất nhỏ(từ 40 – 70kg/h, với` chi phí 200 – 750 triệu đồng) dùng để đốt rác thải ý tế ứng dụng và một số loại rác thải công nghiệp với giá chỉ bằng 1/3 các lò đốt nhập khẩu Trong cuộc khảo sát của nhóm nghiên cứu tại Viện KTNĐ và BVMT phối hợp với Sở KHCN và MT TP Hồ Chí Minh tháng 1/2002 tại 7 lò đốt rác thải ý tế tai khu vực phía Nam, trong đó có 5 lò đốt được chế tạo trong nước và 2 lò đốt nhập kảu từ nước ngoài. Danh mục các loại lò như sau: Lò Hoval, nhập từ Bỉ, Công ty Môi trường Đô thị TP Hồ Chí Minh Lò đố rác thải y tế Entec - 100, TT Entec, bệnh viện Đa khoa tỉnh Bình Dương Lò đốt rác thải y tế, Viện MT và TN , TT y tế Bến C ầu – Tây Ninh Lò đốt Hoval A.G, nhập tử Thụy Sĩ, bệnh viện Lê Lợi – TP Vũng Tàu Lò đốt rác thải y tế, ĐH Bách Khoa TPHCM, Bệnh viện Cù Lao Minh Bến Tre Lò đốt rác thải y tế TSH - 20G, Công ty Thái Sơn, Bệnh viện quân y 175 Lò đốt rác thải y tế, Viện CHUD, TT lao và bệnh phổi Tiền Giang CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT Cấu tạo chung của một lò đốt Khu vực nhận chất thải và bảo quản chất thải Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải Bộ phận cấp chất thải, bùn, chất rắn Buồng đốt sơ cấp Buồng đốt thứ cấp Thiết bị làm nguội khí hay nồi hơi chạy bằng nhiệt dư để giảm nhiệt độ Hệ thống rửa khí Quạt hút để hút khí và không khí vào lò khí duy trì áp suất âm Ống khói Hình 11. Sơ đồ hệ thống đốt xử lý chất thải 3.1.Lò đốt chất lỏng 3.1.1.Nguyên lý hoạt động Được dùng để đốt các chất thải nguy hại hữu cơ có thể bơm được, ngoài ra còn kết hợp để đốt các chất thải dạng khí, bùn mịn. Chất lỏng sẽ được phun vào lò đốt dưới dạng sương bụi với kích thước giọt lỏng từ 1µm trở lên. Loại thiết bị này thường có dạng hình trụ nằm ngang, tuy nhiên trong trường hợp chất thải lỏng có hàm lượng chất vô cơ cao thì thiết bị có dạng thẳng đứng. Hình 12. Sơ đồ lò đốt chất lỏng Các thông số để thiết kế lò đốt chất lỏng Các thành phần hóa học của chất thải Nhiệt độ cháy Độ nhớt của chất lỏng Hoạt tính ăn mòn của chất lỏng Độ phản ứng Khả năng polyme hóa Hàm lượng tro của chất thải sau xử lý Nhiệt độ nóng chảy của tro 3.1.2.Ưu và nhược điểm 3.1.2.1.Ưu điểm Đốt được nhiều loại chất lỏng nguy hại Không yêu cầu lấy tro thường xuyên Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng theo tốc độ nhập liệu Chi phí bảo trì thấp 3.1.2.2.Nhược điểm Chỉ áp dụng được đối với các chất lỏng có thể nguyên tử hóa Cần cung cấp để quá trình cháy được hoàn toàn và tránh ngọn lửa tác động lên gạch chịu lửa Dễ bị nghẹt béc phun khi chất lỏng có cặn 3.2.Lò đốt chất rắn Lò đốt chất thải có thể được thiết kế theo 3 dạng, phụ thuộc vào cách nạp liệu: Chất thải được treo trên hệ thống treo Chất thải được đặt trên lưới Chất thải được đặt trong buồng đốt Có rất nhiều dạng lò đốt khác nhau nhưng trong đó lò đốt có sử dụng hệ thống treo có khả năng nạp liệu chất thải khá đều. Nhưng đối với chất thải nguy hại thì thường được đốt trong buồng đốt. 3.2.1.Phân loại: Có nhiều loại lò đốt, tuy nhiên phổ biến một số loại lò đốt sau: Lò đốt thùng quay Lò đốt 1 bậc (ít khi dùng) Lò đốt 2 buồng Hình 13. Lò đốt 2 buồngkiểu ngang Hình 14. Lò đốt 2 buồng kiểu đứng Lò đốt nhiều bậc Mục đích là để đốt triệt để chất thải và khí thải ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn qui định. Chất thải được đốt trong lò có nhiều buồng đốt: buồng đốt sơ cấp và buồng đốt thứ cấp. Thậm chí có một số trường hợp đốt chất thải nguy hại khó phân hủy, có mùi thì lò đốt có thể có tới 3 cấp đốt (3 buồng đốt). Về sau này kỹ thuất đốt chất thải ngày càng được cải tiến và kỹ thuật đốt chất thải nhiều cấp có kiểm soát khí ra đời, chủ yếu là áp dụng nguyên lý nhiệt phân trong đốt chất thải hay người ta còn gọi là lò đốt nhiệt phân Cửa nạp liệu Buồng đốt sơ cấp Mở đốt Ghi đỡ trượt Ghi đỡ bậc thang Cửa lấy tro Buồng đốt thứ cấp Cửa Vệ sinh Ống khói Hình 15.Lò đốt nhiều bậc 3.2.2.Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải nguy hại Thường có quá trình oxi hóa và quá trình nhiệt phân Có 2 quá trình chính diễn ra trong lò đốt : quá trình nhiệt phân, quá trình oxi hóa (oxi dư). Quá trình oxi hóa để giảm nồng độ các chất ô nhiễm có trong khí thải ra. Các loại lò đốt: Lò 2 buồng đốt Lò có bộ phận điểu khiển không khí Lò đốt thùng quay thì chỉ có quá trình nhiệt phân. Đối với các lò đốt 2 buồng đốt thường được thiết kế trong giai đoạn đầu nhiệt phân để làm giảm tốc độ khí, và giảm lượng các vật chất nhỏ bị cuốn theo. Lượng không khí dư sẽ được sử dụng để oxi hóa không khí trong cả buồng sơ cấp và buồng thứ cấp. Lò đốt 2 buồng được dùng phổ biến trong đốt chất thải nguy hại. Buồng đốt sơ cấp: nhiệt độ trong buồng đốt sơ cấp khoảng 705 – 815 0C. Trong buồng đốt này thì một phần các chất thải hữu cơ dễ bay hơi sẽ bị bay hơi. Các chất thải khó phân hủy ở nhiệt độ tại buồng đốt sơ cấp sẽ chuyển sang buồng đốt thứ cấp. Buồng đốt thứ cấp: buồng đốt thứ cấp rất cần thiết cho quá trình đốt chất thải nguy hại vì trong buồng đốt sơ cấp chất vẫn chưa cung cấp đủ thời gian, nhiệt độ và sự xáo trộn để phá hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nhiệt độ trong buồng đốt này thường 1300 – 15000C. Tại buồng đốt này cung cấp nhiệt độ để các chất thải hữu cơ bay hơi mà tại nhiệt độ đó thì hoàn thành quá trình oxi hóa. Qúa trình oxi hóa diễn ra tại nhiệt độ 980 – 1200 0C 3.3.Giới thiệu một số dạng lò đốt 3.3.1.Lò đốt thùng quay 3.3.1.1.Nguyên lý hoạt động Thường dùng để đốt chất thải rắn, bùn, khí và chất lỏng. Thiết bị thường có dạng hình trụ có thể đặt nằm ngang hay nghiêng một góc so với mặt ngang hoặc thẳng đứng. Thùng thường được quay 0,5 – 1 vòng /phút, thời gian lưu của chất thải rắn trong lò từ 0,5 – 1h với lượng chất thải rắn nạp vào lò chiếm 20%thể tích lò. Thiết bị lò đốt trong lò có nhiệt độ lên tới 14000C, vì vậy có thể phân hủy được chất hữu cơ khó phân hủy nhiệt. Kích thước lò đột thùng quay thường như sau: đường kính trong thường từ 1,5 – 3,6 m, chiều dài từ 3 – 9 m. Tỉ lệ đường kính theo chiều dài thường là 4:1. Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ứng dụng bởi quá trình xáo trộn tốt, đạt hiệu quả cao được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến hiện nay.Ở Mỹ lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầng sôi chiếm 10%, còn lại 15% các loại lò khác (lò cố định đốt nhiều cấp). Lò đốt thùng quay cũng có cấu tạo gồm hai buồng đốt: sơ cấp và thứ cấp. Lò sơ cấp: Là một tang quay với tốc độ điều chỉnh được, có nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trong quá trình cháy. Lò đốt được đặt hơi dốc với độ nghiêng từ (1 – 5)/100, nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi lò đốt. Phần đầu của lò đốt có lắp một bec phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp cho quá trình đốt nhiên liệu nhằm đốt nóng cho hệ thống lò đốt. Khi nhiệt độ lò đạt trên 8000C thì chất thải rắn mới được đưa vào để đốt. Giai đọan đốt sơ cấp, nhiệt độ lò quay khống chế từ 800 - 9000C, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ được nhiệt độ này thì bộ đốt phun dầu/gas tự động ngắt. Khi nhiệt độ hạ thấp hơn 8000C thì bộ đốt tự động làm việc trở lại. Buồng đốt thứ cấp (buồng đốt phụ): Đây là buồng đốt tĩnh, nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết bay lên từ lò sơ cấp. Nhiệt độ ở đây thường từ 950 – 11000C. Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ cấp từ 1,5 – 2 giây. Hàm lượng oxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là 6%. Có các tấm hướng để khí thải vừa được thổi qua vùng lửa cháy của bộ phận đốt phun dầu vừa được xáo trộn mãnh liệt để cháy triệt để. Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi trường. 3.3.1.2.Ưu và nhược điểm Ưu điểm Áp dụng cho chất thải lỏng và rắn Có thể đốt riêng chất lỏng và chất rắn hoặc có thể kết hợp đốt chung cả chất lỏng và chất rắn Không bị nghẹt gỉ lò do quá trình nấu chảy Có thể nạp chất thải ở dạng thùng hoặc khối Linh động trong cơ cấu nạp liệu Cung cấp khả năng xáo trộn và chất thải và không khí cao Quá trình lấy tro liên tục mà không ảnh hưởng đến quá trính cháy Kiểm soát được thời gian lưu của chất thải trong thiết bị Có thể nạp chất thải trực tiếp mà không cần phải xử lý sơ bộ gia nhiệt chất thải Có thể vận hành ở nhiệt độ trên 14000C Nhược điểm Chi phí đầu tư cao Vận hành phức tạp Yêu cầu lượng khí thu lớn do thất thoát qua các khớp nối Thành phần tro trong khí thải ra cao A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H 10 10 10 10 11 11 Tuần hoàn Tuần hoàn Hình 8.Lò đốt thùng quay Hình 16. Hệ thống thiết bị lò đốt thùng quay có xử lý khí Ghi chú: A. Khí nhiên liệu B. Không khí đốt C. Chất thải rắn D. Không khí đốt E. Không khí làm ng