ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG TÀI NGUYÊN MÔN HỌC: QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ CHẤT THẢI NGUY HẠI Đề tài: CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI GVHD: PGS.TS. LÊ THANH HẢI HVTH: LÊ THI HIỀN LÊ THỊ HỒNG VÂN LÊ HÀ THÚY AN TRẦN THỊ NHUNG Lớp: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Khóa: 2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2013 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC BẢNG IV DANH MỤC HÌNH V MỞ ĐẦU 1 1.Mục tiêu 1 2.Nội dung 1 CHƯƠNG 1 2 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN 2 1.1Khái niệm 2 1.2Nguyên lý của quá trình nhiệt phân 2 1.3Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt phân 3 1.3.1 Ưu điểm 3 1.3.2 Nhược điểm 4 CHƯƠNG 2 5 QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CHẤT THẢI NGUY HẠI 5 2.1CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN 5 2.2CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA QUÁ TRÌNH ĐỐT CHẤT THẢI TRONG LÒ NHIỆT PHÂN 6 2.2.1 Buồng sơ cấp 6 2.2.2 Buồng thứ cấp 7 2.2.3 Quá trình tạo tro xỉ 7 2.3CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN 7 2.3.1 Nhiệt độ (Temperature) 8 2.3.2 Độ xáo trộn (Turbulence) 8 2.3.3 Thời gian lưu (Time) 9 2.3.4 Thành phần và tính chất của chất thải 9 2.3.5 Hệ số cấp khí (hệ số dư không khí) ( ) 10 2.3.6 Nhiệt trị 11 2.4KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH ĐỐT CHẤT THẢI TRÊN LÒ NHIỆT PHÂN TĨNH 12 2.4.1 Kiểm soát quá trình đốt tại buồng nhiệt phân 12 2.4.2 Kiểm soát quá trình đốt tại buồng đốt thứ cấp 13 i CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 2.5CÁC CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 13 2.5.1 Chất thải rắn từ quá trình xử lý khí thải 14 2.5.2 Xỉ và tro đáy có chứa các thành phần nguy hại 15 2.5.3 Tro bay có chứa các thành phần nguy hại 15 2.5.4 Bụi lò hơi có chứa các thành phần nguy hại 16 CHƯƠNG 3 17 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 17 3.1HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 17 3.2QUY TRÌNH QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 21 3.3BIỆN PHÁP XỬ LÝ 29 3.3.1 Chôn lấp an toàn 29 3.3.2 Phương pháp nhiệt 31 3.3.3 Xử lý nước thải 32 3.3.4 Xử lý bụi lò hơi 33 CHƯƠNG 4 34 NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THẢI HỮU CƠ TRƠ TRONG RÁC THẢI SINH HOẠT THEO NGUYÊN LÝ NHIỆT PHÂN 34 4.1THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI HỮU CƠ TRƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT 34 4.1.1 Xác định thành phần tổng quát của chất thải 34 4.1.2 Xác định khối lượng riêng, độ ẩm, thành phần hữu cơ, thành phần vô cơ của chất thải 35 4.1.3 Xác định thành phần hóa học của chất thải 36 4.2NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NHIỆT PHÂN THÍCH HỢP CHẤT THẢI 38 4.2.1 Mục đích nghiên cứu 38 4.2.2 Thiết bị nghiên cứu 38 4.2.3 Loại chất thải 38 4.2.4 Kết quả thí nghiệm 38 4.3NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 39 4.3.1 Mục đích nghiên cứu 39 4.3.2 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 40 4.3.3 Nhận xét điều kiện nhiệt phân tới chất lượng ‘khí gas’ 47 4.4NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐỐT CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ TRƠ TRONG CTRSH CÓ TÁI SINH NĂNG LƯỢNG 50 ii CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 4.4.1 Mục đích nghiên cứu 50 4.4.2 Thiết bị nghiên cứu 50 4.4.3 Mô tả thí nghiệm và kết quả 51 4.4.4 Nhận xét 53 4.4.5 Đề xuất công nghệ thích hợp vận hành lò đốt nhiệt phân xử lý các thành phần hữu cơ trơ trong RTSH53 4.5TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THẢI CÓ TẬN DỤNG NHIỆT VÀO THỰC TẾ XỬ LÝ 56 4.5.1 Hệ thống lò đốt chất thải theo công nghệ nhiệt phân có tận dụng nhiệt 56 4.5.2 Thuyết minh hệ thống lò đốt chất thải có tận dụng nhiệt 56 4.5.3 Tính toán thu hồi nhiệt từ quá trình xử lý một số loại chất thải công nghiệp và tận dụng nhiệt để sấy chất thải 60 4.5.4 Ứng dụng vào thực tế xử lý chất thải có tận dụng nhiệt 63 4.5.5 Tính toán tận dụng nhiệt để sấy chất thải 64 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 [1] TRẦN HÓA, NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐỐT MỘT SỐ LOẠI CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ CHẤT THẢI NGUY HẠI TRÊN LÒ ĐỐT NHIỆT PHÂN TĨNH. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG, VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN, 2003 68 [2] NGUYỄN ĐỨC VINH, NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN NHIỆT PHÂN THÍCH HỢP ĐỂ ĐỐT CHẤT THẢI CÓ TẬN DỤNG NHIỆT. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG, VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN, 2005 68 [3] NGUYỄN VĂN PHƯỚC, GIÁO TRÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN. NXB XÂY DỰNG, 2008 68 [4] EPA, WASTE GUIDELINES - WASTE DEFINITIONS, 2009 68 [5] TOBIAS THOMSEN ET AL., THE POTENTIAL OF PYROLYSIS TECHNOLOGY IN CLIMATE CHANGE MITIGATION. RISØ NATIONAL LABORATORY FOR SUSTAINABLE ENERGY TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK, ISSN 0106-2840, 2011 68 iii CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI DANH MỤC BẢNG iv CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Quá trình nhiệt phân 5 v CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI MỞ ĐẦU 1. Mục tiêu Xác định chất thải nguy hại (CTNH) từ quá trình nhiệt phân chất thải và đề xuất biện pháp quản lý và xử lý phù hợp. 2. Nội dung (i) Tổng quan về xử lý chất thải bằng phương pháp nhiệt phân; (ii) Quy trình xử lý chất thải bằng lò nhiệt phân tĩnh; (iii) Xác định nguồn gốc phát sinh CTNH từ quá trình nhiệt phân chất thải; (iv) Đề xuất biện pháp quản lý và xử lý CTNH từ quá trình nhiệt phân chất thải; (v) Nghiên cứu điển hình: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải hữu cơ trơ trong rác thải sinh hoạt theo nguyên lý nhiệt phân. 1 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN 1.1 Khái niệm Nhiệt phân là sự phân hủy chất thải bởi nhiệt trong điều kiện thiếu không khí để hình thành khí gas (thường được gọi là khí tổng hợp), chất lỏng (dầu nhiệt phân) hoặc chất rắn (than, chủ yếu là tro và carbon). Nhiệt phân thường diễn ra ở nhiệt độ 400- 1.000 °C. Sản phẩm khí gas có chứa CO 2 , CO, H 2 , CH 4 , H 2 O Nhiệt phân có ưu điểm làm giảm phát thải kim loại nặng cũng như SO 2 và bụi (A. U. Zaman, 2010). Nhiệt phân là sự phân hủy bởi nhiệt, hoặc trong điều kiện hoàn toàn không có các tác nhân oxy hóa, hoặc với một lượng hạn chế mà quá trình khí hóa không xảy ra ở một mức độ đáng kể hoặc có thể được mô tả như sự khí hóa một phần. Nhiệt độ được sử dụng tương đối thấp 500-800 °C, so với 800-1000 °C trong quá trình khí hóa. Ba sản phẩm của quá trình nhiệt phân thường là khí gas, dầu nhiệt phân và than với tỷ lệ phụ thuộc nhiều vào phương pháp nhiệt phân, các đặc tính của sinh khối và các thông số phản ứng (FAO, 1994). Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ EPA, nhiệt phân là sự phân hủy hóa học thu nhiệt của một chất đặc (condensed substance) do tác động của nhiệt mà không liên quan đến những phản ứng với oxy hoặc bất kỳ chất phản ứng nào khác nhưng có thể diễn ra khi có hiện diện của chúng; phản ứng hóa học bắt đầu bằng cách bẻ gãy phân tử ở nhiệt độ cao (EPA, 2009). 1.2 Nguyên lý của quá trình nhiệt phân Quá trình nhiệt phân gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: là quá trình khí hóa, chất thải được gia nhiệt để tách các thành phần dễ bay hơi như khí cháy, hơi nước… ra khỏi thành phần cháy không hóa hơi và tro. - Giai đoạn 2: các thành phần bay hơi được đốt ở điều kiện phù hợp để tiêu hủy hết các cấu tử nguy hại. 2 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt phân 1.3.1 Ưu điểm - Các quá trình sấy, hóa khí, cháy, đốt cặn carbon xảy ra trong buồng nhiệt phân trong điều kiện thiếu khí, không cần sự xáo trộn rác cho nên sẽ giảm được lượng bụi phát sinh đáng kể. - Nếu kiểm soát được chế độ nhiệt phân thì buồng nhiệt phân chính là nguồn cung cấp năng lượng cho buồng thứ cấp, sẽ tiết kiệm được nhiên liệu, giảm được chi phí xử lý. - So với công nghệ lò đốt thùng quay thì thời gian đốt lò nhiệt phân tĩnh kéo dài hơn nhưng sẽ giảm chi phí bảo trì cho lò do lò nhiệt phân chỉ cần nhiệt độ thấp hơn, lò không có bộ phận quay nên không bị mài mòn, tuổi thọ của vật liệu chịu lửa cao. - Việc lắp đặt lò đốt thì chỉ cần một khoảng không gian nhỏ. - Thể tích và khối lượng chất thải giảm tới mức nhỏ nhất so với ban đầu, chất thải được xử lý khá triệt để (giảm 80-90 % khối lượng hữu cơ trong chất thải, chất thải chuyển thành dạng khí trong thời gian ngắn trong khi các phương pháp khác đòi hỏi thời gian xử lý lâu hơn). - Thu hồi năng lượng: nhiệt của quá trình có thể tận dụng cho nhiều mục đích khác như phát điện, sản xuất hơi nước nóng. - Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp chất thải rắn. - Chất thải có thể xử lý tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro và giảm chi phí vận chuyển. - Hiệu quả xử lý cao đối với các loại chất thải hữu cơ chứa vi trùng lây nhiễm (chất thải y tế) cũng như các chất thải nguy hại khác (thuốc bảo vệ thực vật, dung môi hữu cơ, chất thải nhiễm dầu ). - Kỹ thuật này phù hợp đối với chất thải trơ về mặt hóa học, khó phân hủy sinh học. Các chất ô nhiễm trong khí thải sinh ra từ quá trình đốt có thể được xử lý tới mức cần thiết để hạn chế tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường. 3 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 1.3.2 Nhược điểm - Không phải tất cả các chất thải rắn đều có thể đốt được, ví dụ như chất thải có hàm lượng ẩm quá cao hay các thành phần không cháy cao (chất thải vô cơ). - Vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các phương pháp xử lý khác bao gồm chi phí đầu tư xây dựng lò, chi phí vận hành và xử lý khí thải lớn. - Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay nghề cao, chế độ tập huấn tốt. - Yêu cầu nhiên liệu đốt bổ sung nhằm duy trì nhiệt độ trong buồng đốt. - Những tiềm năng tác động đến con người và môi trường có thể xảy ra, nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo. Việc kiểm soát các vấn đề ô nhiễm do kim loại nặng từ quá trình đốt có thể gặp khó khăn đối với chất thải có chứa kim loại như Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As - Tro và bùn sinh ra từ hệ thống xử lý khí thải phải được xử lý theo công nghệ đóng rắn hoặc chôn lấp an toàn. 4 [...]...CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI Chương 2 QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CHẤT THẢI NGUY HẠI 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN Nhiệt phân là quá trình phân hủy chất thải ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân làphản ứng cracking nhiệt không có xúc tác bẻ... chất thải nguy hại của các chủ nguồn thải, yêu cầu các chủ nguồn thải phân loại, và tách các chất thải nguy hại với các chất thải thông thường, đôi khi còn phân loại thành chất thải nguy hại và chất thải rất nguy hại Để quản ly tốt các loại chất thải nguy i, cần tuyên truyền giáo dục xây dựng tập quán tự giác tách riêng chất thải nguy hại và thải bỏ vào túi ni lông đặc trưng 21 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ... trong quá trình xử lý cũng phát sinh nhiều chất gây tác động xấu đến môi trường Theo Thông tư 12/2011/TT-BTNMT ngày 14/04/2011 của Bộ Tài nguy n và môi trường về Quy định Quản lý chất thải nguy hại, quá trình nhiệt phân chất thải làm phát sinh chất thải nguy hại hoặc chất thải có khả năng là chất thải nguy hại như sau: Bảng 2.3 Chất thải từ quá trình thiêu đốt hoặc nhiệt phân chất thải Mã CTNH 12 Tên chất. .. 20 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 3.2 QUY TRÌNH QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI Có 5 giai đoạn trong toàn bộ quy trình quản lý chất thải nguy hại bao gồm: - Giai đoạn 1 – Quản lý nguồn phát sinh chất thải; - Giai đoạn 2 – Thu gom và vận chuyển; - Giai đoạn 3 – Xử lý trung gian; - Giai đoạn 4 – Chuyên chở chất thải nguy hại đến giai đoạn xử lý tiếp theo; - Giai đoạn 5 – Thải bỏ chất thải. .. vận hành Việc quản lý và thải bỏ các kim loại, tàn tro và các sản phẩm phụ của quá trình đốt cũng có thể gây những tác hại như đã đề cập 16 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI Chương 3 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 3.1 HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI Nền công nghệ xử lý CTNH của Việt Nam trong những năm vừa qua, đặc biệt sau... YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN Phương trình phản ứng nhiệt phân và cháy diễn ra như sau : Công thức hóa học tổng quát của chất thải là C xHyOzNtSu Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy xuất phát từ phương trình phản ứng nhiệt phân và cháy diễn ra trong buồng nhiệt phân (sơ cấp) Phản ứng (2-1) được viết lại như sau: 7 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 4 x + y − 2a − 2b... dày lớp chất thải) Khoảng thông gió Hình 2.1 Quá trình nhiệt phân Hình 2.2 Diễn biến sản phẩm cháy 5 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI Hình 2.1 là sơ đồ buồng nhiệt phân hình trụ Vật liệu nhiệt phân nạp vào từ phía trên, trong quá trình đi xuống vật liệu nhiệt phân trải qua các giai đoạn: sấy khô  nhiệt phân  chuyển thành than (cốc hóa)  ô xi hóa than (đốt cháy than)  tro Nhiệt. .. A4100 Chất thải rắn từ quá trình xử lý khí thải 19 01 07 A4100 Than hoạt tính đã qua sử 12 01 04 dụng từ quá trình xử lý khí thải 19 01 10 Xỉ và tro đáy có các thành phần nguy hại 19 01 11 12 01 03 12 01 05 13 Y18 Đ Rắn ** Đ Lỏng ** Y18 Đ Rắn ** A4160 Y18 Đ, ĐS Rắn ** A4100 Y18 Đ Rắn * CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI (A) Mã Tên chất thải CTNH Mã EC Mã Basel (Y) Tính chất nguy hại. .. Tên chất thải Mã EC Mã Basel (A) Mã Basel (Y) Tính chất nguy hại chính Trạng thái (thể) tồn tại thông thường Ngưỡng CTNH CHẤT THẢI TỪ CÁC CƠ SỞ TÁI CHẾ, XỬ LÝ, TIÊU HUỶ CHẤT THẢI, NƯỚC THẢI VÀ XỬ LÝ NƯỚC CẤP 12 01 Chất thải từ quá trình thiêu đốt hoặc nhiệt phân chất thải 19 01 12 01 01 Bã lọc từ quá trình xử lý khí thải 19 01 05 A4100 Nước thải từ quá trình xử lý 12 01 02 khí và các loại nước thải khác... các đơn vị sản xuất hay quNơi phát sinh chất thải nguy hại phải kiểm tra chất thải của họ xem có bị cấm thải bỏ hay không Nếu chất thải là không thể thải bỏ thì chúng ta phải tìm kiếm một phương pháp xử lý thích hợp trước khi thải bỏ - Nếu đơn vị tạo ra chất thải nguy hại đang quản lý một chất thải bị hạn chế hoặc 27 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI không đạt tiêu chuẩn để xử lý, đơn . 68 iii CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI DANH MỤC BẢNG iv CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Quá trình nhiệt phân 5 v CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ. buồng nhiệt phân 12 2.4.2 Kiểm soát quá trình đốt tại buồng đốt thứ cấp 13 i CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 2.5CÁC CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI 13 2.5.1. 4 CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI Chương 2 QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CHẤT THẢI NGUY HẠI 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT